專利名稱：垂直極化定向印刷濾波天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種垂直極化定向?yàn)V波天線。垂直極化定向?yàn)V波天線，是將具有垂直極化定向輻射特性的輻射陣列和基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide, SIff)濾波器進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，濾波天線在保持垂直極化定向輻射特性的同時(shí)，可以很好地濾除工作頻帶外雜散信號(hào)
背景技術(shù)：
近年來，無線通信技術(shù)得到了快速發(fā)展，并獲得了廣泛應(yīng)用。天線是無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其中定向天線具有在某范圍輻射角度內(nèi)增益高的特點(diǎn)?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)要求低成本、易制作、易于與其他微波射頻平面電路集成的天線。目前低頻通信已經(jīng)趨向飽和，于是，高頻段、易制作、易集成的天線成為新的研究熱點(diǎn)之一。通常，獨(dú)立的輻射單元增益較低，如需提高增益，可以采用陣列結(jié)構(gòu)。但是，隨著頻率的提高，比如在Ku波段，復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)會(huì)帶來損耗大、寄生輻射強(qiáng)等問題。印刷串饋微帶貼片陣列，具有垂直極化定向輻射特性，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定它具有良好的交叉極化特性，同時(shí)增益和波束寬度都容易控制，可以通過增加貼片數(shù)目來提高輻射增益，通過改變背面金屬地寬度來改變波束寬度，以滿足不同應(yīng)用需求。SIW作為一種平面電路，具有結(jié)構(gòu)封閉，損耗小、寄生輻射弱的特點(diǎn)，適合高頻段通信系統(tǒng)應(yīng)用?；赟IW技術(shù)的濾波器Q值高、損耗小、易制作、加工精度高，和常用的微帶或者腔體濾波器相比，有著明顯優(yōu)勢。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型提出一種垂直極化定向印刷濾波天線，該天線易于制作、力口工精度高，在較高頻率，例如Ku波段，尤其適用。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出一種垂直極化定向印刷濾波天線，該濾波天線為三層結(jié)構(gòu)，中間是介質(zhì)層，介質(zhì)層正面是上表面金屬層，介質(zhì)層的背面全部是金屬層，稱為下表面金屬層；垂直極化定向印刷濾波天線為三層結(jié)構(gòu)，中間是介質(zhì)層，介質(zhì)層正面是上表面金屬層，介質(zhì)層的背面全部是金屬層，稱為下表面金屬層；在上表面金屬層的一端設(shè)有微帶線，微帶線通過微帶漸變線和SIW傳輸線相連接；在SIW傳輸線上，設(shè)有由金屬化通孔構(gòu)成的SIW感性窗口濾波器的耦合窗口和SIW感性窗口濾波器的諧振腔；SIW傳輸線通過漸變型微帶線和串饋微帶貼片陣列連接；串饋微帶貼片陣列的微帶金屬貼片印刷在介質(zhì)層的正面；相鄰的金屬貼片由金屬連接線連接。所述的SIW傳輸線由兩排相距一定距離的、位于上表面金屬層與下表面金屬層之間的、穿過介質(zhì)層的金屬化通孔構(gòu)成。所述的SIW傳輸線兩邊金屬化通孔之間的距離是SIW傳輸線寬度。[0013]所述的串饋微帶貼片陣列為輻射部分，金屬貼片印刷在介質(zhì)層的正面，共4個(gè)金屬貼片。所述的SIW感性窗口濾波器采用SIW三階感性窗口濾波器。有益效果本實(shí)用新型基于印刷PCB工藝，采用具有垂直極化定向輻射特性的輻射陣列和基于SIW技術(shù)的濾波器結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出垂直極化定向印刷濾波天線。SIW感性窗口濾波器和輻射陣列協(xié)同工作，只有通過SIW濾波器的信號(hào)才能激勵(lì)輻射陣列。SIW感性窗口濾波器作為射頻前端濾波器和輻射陣列直接相連，可以避免通用的電纜連接帶來的損耗。SIff損耗小、寄生輻射極低、呈平面結(jié)構(gòu)、易于采用標(biāo)準(zhǔn)PCB工藝加工，串饋微帶貼片陣列同樣易于采用標(biāo)準(zhǔn)PCB工藝加工。整個(gè)垂直極化定向印刷濾波天線易與其他微波射頻電路集成。采用PCB工藝制作的垂直極化定向印刷濾波天線，加工精度高，在高頻段，例如Ku波段，可以有效解決電路尺寸小、制作難的問題，同時(shí)加工成本低、易于批量生產(chǎn)。垂直極化定向印刷濾波天線，可以很好的濾除工作頻帶外雜散信號(hào)，有效改善單獨(dú)天線的輸入端反射系數(shù)，同時(shí)保持天線的輻射特性不變。濾波天線具有垂直極化定向輻射特性，垂直極化天線不易產(chǎn)生極化電流，可以有效避免能量衰減，確保信號(hào)傳播；定向天線將在特定角度范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)輻射。通過改變金屬貼片的數(shù)目，可以容易地控制濾波天線的增益；通過改變介質(zhì)背面金屬地的寬度，可以容易地控制濾波天線的波束寬度。垂直極化定向印刷濾波天線是一種平面天線，在組成多輸入多輸出(MIMO)陣列時(shí)，多個(gè)濾波天線可以集成在同一塊介質(zhì)板上，可以保證整個(gè)陣列的一致性。在高頻段，例如在Ku頻段，由SIW濾波器和串饋印刷微帶貼片構(gòu)成的垂直極化定向印刷濾波天線，寄生輻射弱、交叉極化特性良好。

圖I為串饋印刷微帶貼片天線上表面金屬層結(jié)構(gòu)示意圖(用于測試比較)；圖2為垂直極化定向印刷濾波天線上表面金屬層結(jié)構(gòu)示意圖；圖3實(shí)施例中工作在14. 4GHz附近的串饋印刷微帶貼片天線和垂直極化定向印刷濾波天線輸入端反射系數(shù)測試結(jié)果；圖4實(shí)施例中14. 4GHz上，垂直極化定向印刷濾波天線E面和H面輻射方向圖測試結(jié)果；圖中，I.上表面金屬層，2.徽帶金屬貼片，3.金屬連接線，4.微帶線，5.微帶漸變線，6.漸變型微帶線，7.金屬化通孔，8. SIW感性窗口濾波器耦合窗口，9. SIW感性窗口濾波器諧振腔。
具體實(shí)施方式
下面將參照附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行說明。本實(shí)用新型中的濾波天線，具有垂直極化定向輻射特性 。濾波天線的輻射部分采用串饋微帶貼片陣列，微帶貼片的數(shù)目將直接決定濾波天線的輻射增益，微帶貼片數(shù)目越多，濾波天線增益越高，串饋微帶貼片陣列具有垂直極化定向輻射特性，并且交叉極化特性良好。濾波天線的濾波器部分采用SIW感性窗口濾波器。輻射部分和濾波器部分都為平面結(jié)構(gòu)，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的PCB工藝制作，易實(shí)現(xiàn)、易集成、精度高、成本低，特別在高頻段，例如Ku波段，可以有效解決電路尺寸小、制作難的問題。濾波天線將對工作頻帶外信號(hào)具有良好的抑制效果。具有垂直極化定向輻射特性的印刷濾波天線為三層結(jié)構(gòu)，中間是介質(zhì)層，正面是上表面金屬層，背面全部是金屬層，外形為長方形；在上表面金屬層的一端連接有微帶線，微帶線通過微帶漸變線和SIW傳輸線相連接；SIW傳輸線是由兩排相距一定距離(SIW傳輸線寬度)的、上表面金屬層與下表面金屬層之間的、穿過介質(zhì)層的金屬化通孔構(gòu)成；在Siw傳輸線上，設(shè)有由金屬化通孔構(gòu)成的Siw感性窗口濾波器的耦合窗口和SIW感性窗口濾波器的諧振腔；SIW傳輸線通過漸變型微帶線和串饋微帶貼片陣列連接；串饋微帶貼片陣列的金屬貼片印刷在介質(zhì)板的上表面；相鄰的金屬貼片由金屬連接線連接。垂直極化定向印刷濾波天線，是將具有垂直極化定向輻射特性的輻射陣列和SIW濾波器聯(lián)合設(shè)計(jì)、制作在一塊介質(zhì)基板上。實(shí)施例中的濾波天線工作在Ku波段，輻射部分為串饋印刷微帶貼片陣列，金屬貼片印刷在介質(zhì)板的上表面，共4個(gè)金屬貼片，相鄰的金屬貼片通過金屬連接線連接，介質(zhì)板下表面全部是金屬層；實(shí)施例中，濾波器部分采用SIW三階感性窗口濾波器。圖I中是串饋印刷微帶貼片天線上表面金屬層結(jié)構(gòu)示意圖(用于測試比較)；圖2中是垂直極化定向印刷濾波天線上表面金屬層結(jié)構(gòu)示意圖。實(shí)施例中，如圖I和圖2中的天線均采用特性阻抗為50歐姆微帶線作為饋電端口。圖I中，50歐姆微帶線輸入端口和金屬貼片之間通過微帶漸變線連接，然后為金屬貼片饋電。圖2中，50歐姆微帶線輸入端口和SIW傳輸線之間通過微帶漸變線連接，SIW傳輸線是由上表面金屬層與下表面金屬層之間的、穿過介質(zhì)層的金屬化通孔構(gòu)成；在SIW傳輸線上，有由金屬化通孔構(gòu)成的SIW感性窗口濾波器的耦合窗口和SIW感性窗口濾波器的諧振腔，SIff傳輸線通過漸變型微帶線和串饋微帶貼片陣列連接。圖2中的濾波天線具有垂直極化、定向輻射特性。按照圖I和圖2結(jié)構(gòu)制作了工作在14. 4GHz的串饋印刷微帶貼片天線和垂直極化定向印刷濾波天線。天線采用PCB工藝制作在介質(zhì)基片上。介質(zhì)基片采用了厚度為Imm的介電常數(shù)為2. 55的Taconic (泰康尼克)作為介質(zhì)板。實(shí)施例按以下尺寸在上述基片上制作實(shí)施例中工作在14. 4GHz附近的串饋印刷微帶貼片天線微帶線寬度為2. 8mm ;微帶漸變線長度為3. 5mm ;微點(diǎn)漸變線窄端寬度為O. 5mm ;金屬貼片長度為6. 45mm ;金屬貼片寬度為2. 7mm ;金屬連接線長度為7. 45mm ;金屬連接線寬度為O. 5_。實(shí)施例中工作在14.4GHz附近的垂直極化定向印刷濾波天線微帶線寬度為2. 8mm;微帶漸變線長度為I. 5mm ;微點(diǎn)漸變線寬端寬度為4. 5mm;金屬化通孔直徑為O. 6mm ;相鄰金屬化通孔間距為Imm ；SIff感性窗口濾波器的四個(gè)I禹合窗口寬度分別為5. 36mm, 3. 57mm, 3. 57mm, 5. 36mm ；SIff感性窗口濾波器的三個(gè)諧振腔長度為別為
8.59mm, 9. 44mm, 8. 59mm ;漸變型印刷平行雙線長度為2mm ;漸變型微帶線寬端寬度為2mm ；漸變型微帶線窄端寬度為O. 5mm ;金屬貼片長度為6. 45mm ;金屬貼片寬度為2. 7mm ;金屬連接線長度為7. 65mm ;金屬連接線寬度為O. 5mm。圖3為實(shí)施例中工作在14. 4GHz附近的串饋印刷微帶貼片天線和垂直極化定向印刷濾波天線輸入端反射系數(shù)測試結(jié)果，可以看到濾波天線有效濾除了帶外雜散信號(hào)；圖4為實(shí)施例中在14. 4GHz上垂直極化定向印刷濾波天線E面和H面輻射方向圖測試結(jié)果，結(jié)果表明濾波天線有效保持了 輻射陣列的輻射特性。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種垂直極化定向印刷濾波天線，其特征在于該波天線為三層結(jié)構(gòu)，中間是介質(zhì)層，介質(zhì)層正面是上表面金屬層(I)，介質(zhì)層的背面全部是金屬層，稱為下表面金屬層； 在上表面金屬層(I)的一端設(shè)有微帶線(4)，微帶線(4)通過微帶漸變線(5 )和SIW傳輸線相連接；在SIW傳輸線上，設(shè)有由金屬化通孔(7)構(gòu)成的SIW感性窗口濾波器的耦合窗口(8)和SIW感性窗口濾波器的諧振腔(9)； SIW傳輸線通過漸變型微帶線(6)和串饋微帶貼片陣列連接；串饋微帶貼片陣列的微帶金屬貼片(2)印刷在介質(zhì)層的正面；相鄰的金屬貼片(2)由金屬連接線(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直極化定向印刷濾波天線，其特征在于所述的SIW傳輸線由兩排相距一定距離的、位于上表面金屬層(I)與下表面金屬層之間的、穿過介質(zhì)層的金屬化通孔(7)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的垂直極化定向印刷濾波天線，其特征在于所述的SIW傳輸線兩邊金屬化通孔(7)之間的距離是SIW傳輸線寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直極化定向印刷濾波天線，其特征在于所述的串饋微帶貼片陣列為輻射部分，金屬貼片(2)印刷在介質(zhì)層的正面，共4個(gè)金屬貼片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直極化定向印刷濾波天線，其特征在于所述的SIW感性窗口濾波器采用SIW三階感性窗口濾波器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種垂直極化定向印刷濾波天線，該波天線為三層結(jié)構(gòu)，中間是介質(zhì)層，介質(zhì)層正面是上表面金屬層(1)，介質(zhì)層的背面全部是金屬層，稱為下表面金屬層；在上表面金屬層(1)的一端連接有微帶線(4)，微帶線(4)通過微帶漸變線(5)和SIW傳輸線相連接；在SIW傳輸線上，設(shè)有由金屬化通孔(7)構(gòu)成的SIW感性窗口濾波器的耦合窗(8)口和SIW感性窗口濾波器的諧振腔(9)；SIW傳輸線通過漸變型微帶線(6)和串饋微帶貼片陣列連接，串饋微帶貼片陣列是由金屬連接線(3)為金屬貼片(2)饋電構(gòu)成。該天線易于制作、加工精度高，在較高頻率，例如Ku波段，尤其適用。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK202363585SQ201120509188
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者余晨, 洪偉, 蒯振起 申請人:東南大學(xué)