天线和滤波器属于射频前端电路的关键组成部分,其尺寸和性能会对整个通信系统的设计质量产生决定性影响。传统设计方法往往采用独立研究而后级联两者的思路,但这会无法避免地引入额外的连接损耗。此外,基站天线为保证辐射特性也较难实施自身的小型化。近年来,滤波天线这一新兴设计方案的提出备受瞩目。它将天线和滤波器融为一体,同时实现辐射和滤波的双重功能,进而满足射频前端的紧凑设计目标和性能提升需求。本文以被广泛应用于基站天线设计的交叉偶极子为基础,针对滤波天线设计中的辐射性能优化和滤波零点引入问题开展以下研究:1.基于人工磁导体的低剖面交叉偶极子天线设计。在对交叉偶极子的自身结构和辐射原理进行了详细分析的基础上,针对其存在的剖面较高问题和带宽扩展需求,将渐变结构和人工磁导体技术引入到交叉偶极子天线的设计中。最终,天线的工作带宽得到显著展宽,并且其结构尺寸远小于常规偶极子天线。2.基于辐射体改进的滤波偶极子天线设计。针对天线辐射体上的零点引入需求,将半波长U型寄生贴片放置在偶极子臂的垂直和平行方向上,天线以此实现带通滤波响应。通过在寄生单元上刻蚀的一对狭缝,通带上边缘处的滚降率得到了进一步优化。3.基于馈电线改进的滤波偶极子天线设计。针对天线馈电线上的零点产生需求,将两段对应不同频率的四分之一波长终端开路微带线加载于偶极子的巴伦馈线上,天线以此实现带通滤波响应。通过在主辐射元下方引入全波长微带方环,下阻带的带外辐射得到进一步抑制。4.基于接地板改进的滤波偶极子天线设计。针对天线接地板上的零点融合需求,将半波长互补开口谐振环刻蚀在巴伦背面的接地板上,天线以此获得低通滤波特性。通过在巴伦的正面馈电线上加载四分之一波长终端开路微带线,天线最终实现带通滤波响应。进一步在主辐射元下方寄生全波长微带方环,下阻带的带外抑制水平可因此得到提高。本文设计了一款低剖面交叉偶极子天线和三款滤波偶极子天线,其中低剖面天线的设计过程侧重对交叉偶极子本身的优化研究,而滤波天线的设计过程则重点研究能够引入辐射零点的谐振器理论。由滤波天线的设计结果可知,所设计的三款天线均通过改变自身辐射特性的方式实现了带通滤波响应,完成了滤波和辐射的一体化设计目的。