1.1目的及意义

随着现代通信技术的快速发展，无线通信系统的性能需求也越来越高。在不断提高系统各类性能指标的同时，减小系统的尺寸逐渐变成发展的趋势，所以将多种设备进行集成设计成为一个比较热门的课题。

天线和滤波器作为无线通信系统最前端的器件，是直接影响着整个系统的整体性能的关键因素的器件之一。天线是无线通信系统的“耳目”，具有发射和接收电磁信号的功能，滤波器则是具有选频功能的器件，它在消除杂波信号，防止不同频带间的干扰上具有重要作用。传统的无线通信系统的设计中，天线和滤波器是作为两个独立元件设计和加工，使用时通过同轴线缆或波导连接。这种分立器件的级联可能会造成天线和滤波器之间端口的阻抗失配，影响天线的辐射性能，为解决这个问题，可对滤波器和天线进行集成化设计，实现同时具有辐射功能和滤波功能的单一器件。

当今社会受到互联网的影响正迈入高速通信时代，并由于人们生活的需求，移动数据的数据业务量开始出现爆发性增长。对于未来移动通信的需求，目前的第四代移动通信系统（4G）将很难满足，所以下一代通信技术5G的关键，是如何将现有的移动通信的频谱效率和能耗效率再提升一个量级。为了充分利用无线空间资源、实现更高的频谱效率和功率效率，采用多频滤波天线是目前的主要路径。

综上所述，本课题为迎合无线通信技术和5G技术的发展，设计一种面向5G应用的双频滤波天线。通过将滤波器和天线在PCB上进行集成化设计，实现能满足现代通信的小型化要求，不仅有利于系统的封装集成，同时提高了系统的效率。与此同时，通过改变滤波天线的结构，其工作频率呈现出双频功能，即充分提高了频谱效率，也实现了面向5G应用。

1.2国内外研究现状

2015年，Chin-Yuan Hsieh 等人提出了一款使用阶跃阻抗谐振器的紧凑型双频滤波天线。它由三层结构组成，顶层的贴片天线不仅作为辐射单元而且作为滤波器的第三阶谐振器。底层的 SIR 结构通过在中间层共用地板上分别开的一横一竖两条缝隙使其工作在可用于 ISM 的两个频段。2016年，我国学者章秀银等人提出由“U”形辐射贴片和“T”形谐振器通过内嵌耦合的方式组成的滤波天线，并将其扩展到两个频段。此结构通过采用共用馈电网络的方式，在一定程度上减小了系统的体积，但是整体上来说，还是采用两个辐射贴片实现双频，因此在进一步提升小型化程度方面还需进一步研究。

2014 年，Santasri Koley 和 Debjani Mitra 提出了一款平面微带馈电的三频滤波天线，在滤波结构的设计中，三个频段采用了两个不同的结构来设计，其种一个双频滤波器的设计是采用两组不同长度的“T”形谐振器组合而成，通过调整谐振器的尺寸，使其工作在两个低频段，同时采用了一个“U”形带阻 DGS 滤波器抑制低频段的谐波防止其影响高频段的性能。高频段的滤波器设计则是采用的 DGS 结构进行设计，由于两组滤波结构不在同一平面上，因此可以有效地进行小型化的设计。天线方面，该结构集成了一个超宽带天线。通过调整滤波结构和超宽带天线之间的位置关系来控制耦合。到目前为止，具有三频及以上特性的滤波天线的报道为数不多。

综上所述，设计双/多频滤波天线的思路主要有以下几种：

（1）采用多单元通过组合、嵌套或采用多层结构的方式实现多频滤波器和多频天线，再进行集成设计。

（2）采用多频滤波器与具有多个频段或工作模式的天线进行集成设计。

（3）采用多频滤波器与超宽带天线进行集成设计。