滤波天线集辐射功能和滤波功能于一体,因此有利于减小通信系统尺寸,降低对系统中滤波器的要求,提高整体效率,减小成本。同时,滤波天线能够有效地减小工作在相邻频带、位置相近的两副天线之间的互耦,从而减小共面多天线系统之间的尺寸。另一方面,贴片型天线具有体积小、重量轻、结构简单等优点,符合现阶段无线通信系统小型化集成化的发展趋势。鉴于此,本文对当前国内外贴片型滤波天线的研究现状进行了充分调研,并深入开展金属与介质贴片型滤波天线的研究,提出新的设计方法,并给出具体的设计思路和理论公式,期望在实现滤波功能与辐射功能融合的同时获得更优良的性能。具体研究内容如下:贴片型滤波天线的滤波理论基础以及谐振器理论基础。1)首先介绍了等效电路分析法以及等效奇偶模分析法,对于等效电路分析法,通过构建贴片型滤波天线的集总参数等效电路,并给出理论参数的计算公式,再结合曲线拟合的方式提取参数;对于等效奇偶模分析法,分析了三种不同谐振器耦合方式下奇偶模时远场电场的叠加以及谐振频率的计算公式,为后续滤波理论提供了基础。2)分别对矩形金属贴片型谐振器和矩形介质贴片型谐振器的基模谐振模式以及谐振频率计算公式进行了阐述,为后续设计中所用的各种形式的金属与介质贴片型谐振器的分析提供了理论基础。单频窄带金属贴片型滤波天线的研究。1)基于背腔槽加载金属贴片的单频带滤波天线,其通过微带馈线激励背腔槽天线的准TM₁₀模,再耦合激励金属贴片的TM₁₀模进行工作,因此天线在扩展阻抗匹配带宽的同时,避免了天线增益的减小。而当开槽的基片集成腔工作在TE₂₁₀模以及背腔槽和金属贴片耦合谐振在奇模时,可以在天线辐射频带的低端和高端各产生一个辐射零点,从而有效地提高天线的频率选择性。与现有报道的单频带金属贴片型滤波天线相比,该天线具有高频率选择性特点,且增益与自身不具有频率选择性时相比没有减小。2)基于金属条带的单频带偶极子滤波天线阵列,主要是通过在1×2偶极子阵列与大地之间插入短路枝节加载的半波长谐振器实现。当枝节加载谐振器工作在奇模时可以同时耦合激励上方的两个偶极子单元,因此该1×2偶极子阵列可以避免传统功分器的使用,同时天线剖面高度降低为0.1个波长,且在偶极子间距仅为0.37个波长情况下增益不降反增。此外,当枝节加载谐振器工作在基次偶模和第一个高次偶模时,在天线辐射频带的低端和高端各产生一个辐射零点,提高了天线的频率选择性。宽带金属贴片滤波天线的研究。首先通过底层的两个折叠式微带谐振器给顶层2×2金属多贴片结构馈电实现实现了带宽为28.5%的滤波辐射频带;而当折叠式谐振器工作在偶模时,折叠条带与主条带沿着极化方向上的电流分布方向相反,因此在天线辐射频带的低端产生了一个辐射零点,提高了频带低端的频率选择性。为了进一步拓展带宽并提高天线辐射频带高端的频率选择性,提出了基于双层金属多贴片的带宽增强型滤波天线,其主要通过在单层金属多贴片滤波天线的上方叠加一层2×2金属多贴片结构实现。该层金属多贴片结构的引入,不仅可以引入自身的辐射模式使得带宽拓展为42%,而且由于双层金属多贴片结构存在沿着极化方向的反向电流,可以在天线辐射频带的高端产生一个辐射零点,从而提高天线辐射频带高端的频率选择性。此外,在天线的馈线上加载特定频点所对应四分之一波长的开路枝节,能够有效抑制带外特定频点的辐射,拓展阻带带宽。与现有报道的金属贴片滤波天线设计相比,所设计的双层金属多贴片宽带滤波天线具有宽带、高频率选择性以及宽阻带的优点。单频带介质贴片型滤波天线的研究。首先介绍了利用高介电常数介质材料实现的工作于TM₁₁模的圆形介质贴片谐振器和工作于TM_δ1模的新型条带介质贴片谐振器,其中条带介质贴片谐振器沿着短边的电场分布相对平坦且分布宽度远不及半个波长,因此该谐振器具有小型化的优点,即其尺寸小于工作于TM₁₁模的传统矩形介质贴片谐振器。然后提出了基于圆形介质贴片的高效率单频带滤波天线以及基于条带介质贴片的小型化单频带滤波天线。1)对于基于圆形介质贴片的单频带滤波天线,该天线主要是通过下层圆形介质贴片的TM₁₁模耦合激励上层圆形介质贴片的TM₁₁模进行工作,上下层介质贴片均参与辐射且无导体损耗,因此能够获得较高的辐射效率。此外,上下层介质贴片自身边缘处沿着极化方向的反向电场、上下层介质贴片之间沿着极化方向的反向电场以及馈线上的四分之一波长开路枝节等可以使天线在辐射频带的边缘产生四个辐射零点,从而提高了天线的频率选择性。总而言之,该天线同时具有高效率、高频率选择性、宽带以及高增益的特点。2)对于基于条带介质贴片的单频带滤波天线,以所提出的条带介质贴片谐振器为辐射体,通过半波长微带谐振器进行耦合馈电,实现了小型化双层条带介质贴片滤波天线设计。此外,通过平行放置的微带线对条带介质贴片谐振器馈电实现了平面条带介质贴片滤波天线设计。该天线在实现小型化的同时,以简单的结构有效地避免天线增益的减小,扩展了阻带的带宽。双频带条带介质贴片滤波天线的研究。首先基于工作于TM_δ1模和TM_δ3模的双模条带介质贴片谐振器,通过枝节加载的双模微带谐振器进行耦合馈电分别激励条带介质贴片谐振器中的两个模式,在两个频带上分别实现了单极化滤波辐射功能。在此基础上,构建了十字形双模条带介质贴片谐振器,分别利用两个双模微带谐振器激励十字形双模条带介质贴片谐振器上两个相互垂直方向上的极化,在实现双频带滤波辐射功能的基础上,实现了双极化工作。与现有报道的双频带滤波天线设计相比,所提出的双频带双极化条带介质贴片滤波天线设计,在实现双频带滤波和辐射的基础上,降低了导体损耗,同时具有高增益的优点;此外在双频带上均实现双极化,与双频带单极化设计相比,能够有效地减少系统天线数量,实现系统小型化并降低安装成本。