垂直極化全向印刷濾波天線的製作方法
2023-06-21 12:50:06 1
專利名稱：垂直極化全向印刷濾波天線的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於通信技術應用領域，具體涉及一種垂直極化全向印刷濾波天線。
背景技術：
近年來，無線通信技術得到了快速發展，並獲得了廣泛應用。天線是無線通信系統的關鍵部件，其中全向天線具有各向輻射特性相似的特點。現代通信系統要求低成本、易製作、易於與其他微波射頻平面電路集成的天線。目前低頻通信已經趨向飽和，於是，高頻段、 全向輻射、易製作、易集成的天線成為新的研究熱點之一。垂直極化全向輻射單元可以採用偶極子實現，單個偶極子輻射增益有限，可以採用串饋陣列或者並饋陣列提高輻射增益。但是在較高頻段，非平面結構的偶極子在加工方面難度高、複雜度高。平面結構的偶極子陣列需採用功率分配器進行饋電，同一個陣列中的輻射單元數目越多，饋電網絡就越複雜。同時，隨著頻率的提高，比如在Ku波段，複雜的饋電網絡又會帶來損耗大，寄生輻射強等問題。
實用新型內容實用新型目的針對上述現有存在的問題和不足，本實用新型的目的是提供一種垂直極化全向印刷濾波天線，該天線易於製作、加工精度高，在較高頻率，例如Ku波段 (12. 4GHz-18GHz)，尤其適用。技術方案為實現上述實用新型目的，本實用新型採用的技術方案為一種垂直極化全向印刷濾波天線，具有垂直極化全向輻射特性。一種垂直極化全向印刷濾波天線，從下到上依次為下表面金屬層、介質層和上表面金屬層；在所述上表面金屬層的一端設有微帶線，所述微帶線通過微帶漸變線和SIW傳輸線連接，所述SIW傳輸線通過漸變型印刷平行雙線和第一串饋微帶貼片陣列連接；在所述下表面金屬層設有第二串饋微帶貼片陣列。所述SIW傳輸線可為所述上表面金屬層與下表面金屬層之間的、穿過所述介質層的兩排金屬化通孔。在所述SIW傳輸線上，可設有由金屬化通孔構成的SIW感性窗口濾波器的耦合窗口和諧振腔。所述第一串饋微帶貼片陣列和第二串饋微帶貼片陣列可分別包括多個金屬貼片， 相鄰所述金屬貼片由金屬連接線連接。所述第一串饋微帶貼片陣列和第二串饋微帶貼片陣列可分別包括5個金屬貼片。所述第一串饋微帶貼片陣列的金屬貼片和第二串饋微帶貼片陣列的金屬貼片可交叉地印刷在上表面金屬層和下表面金屬層。濾波天線的輻射單元採用串饋微帶貼片陣列，微帶貼片的數目將直接決定濾波天線的輻射增益，微帶貼片數目越多，濾波天線增益越高，串饋微帶貼片陣列具有垂直極化全向福射特性，並且交叉極化特性良好。濾波天線的濾波器部分採用SIW(SubstrateIntegrated Waveguide,基片集成波導)感性窗口濾波器。福射單元和濾波器部分都為平面結構，可以採用標準的PCB工藝製作，易實現、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、製作難的問題。濾波天線對工作頻帶外信號具有良好的抑制效果。具有垂直極化全向輻射特性的印刷濾波天線為三層結構，中間是介質層，正面是上表面金屬層，背面是下表面金屬層，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、穿過介質層的金屬化通孔構成；在 SIff傳輸線上，設有由金屬化通孔構成的SIW感性窗口濾波器的耦合窗口和諧振腔；SIW傳輸線通過漸變型印刷平行雙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交叉地印刷在介質層的上表面和下表面；同表面的相鄰金屬貼片由金屬連接線連接。有益效果本實用新型基於印刷PCB工藝，採用具有垂直極化全向輻射特性的輻射單元和基於SIW技術的濾波器結構，設計出垂直極化全向印刷濾波天線。SIW感性窗口濾波器和輻射單元協同工作，只有通過SIW濾波器的信號才能激勵輻射單元。SIW感性窗口濾波器作為射頻前端濾波器和輻射單元直接相連，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、呈平面結構、易於採用標準PCB工藝加工，串饋微帶貼片陣列同樣易於採用標準PCB工藝加工。整個垂直極化全向印刷濾波天線易與其他微波射頻電路集成。採用PCB工藝製作的垂直極化全向印刷濾波天線，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、製作難的問題，同時加工成本低、易於批量生產。垂直極化全向印刷濾波天線，可以很好的濾除工作頻帶外雜散信號，有效改善單獨天線的輸入端反射係數，同時保持天線的輻射特性不變。濾波天線具有垂直極化全向輻射特性，垂直極化天線不易產生極化電流，可以有效避免能量衰減，確保信號傳播；全向天線具有各向輻射相似的特點；改變金屬貼片數目，可改變天線增益，簡單易行。垂直極化全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，多個濾波天線可以集成在同一塊介質基板(即介質層)上，可以保證整個陣列的一致性。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成的垂直極化全向印刷濾波天線，寄生輻射弱、交叉極化特性良好。
圖1(a)為串饋印刷微帶貼片天線上表面金屬層結構示意圖；圖I (b)為串饋印刷微帶貼片天線下表面金屬層結構示意圖；圖2(a)為垂直極化全向印刷濾波天線上表面金屬層結構示意圖；圖2(b)為垂直極化全向印刷濾波天線下表面金屬層結構示意圖；圖3為實施例中工作在14. 4GHz附近的串饋印刷微帶貼片天線和垂直極化全向印刷濾波天線輸入端反射係數測試結果；圖4為實施例中工作在14. 4GHz附近的串饋印刷微帶貼片天線和垂直極化全向印刷濾波天線E面輻射方向圖測試結果；圖5為實施例中工作在14. 4GHz附近的串饋印刷微帶貼片天線和垂直極化全向印刷濾波天線H面輻射方向圖測試結果。圖中，1.上表面金屬層,2.下表面金屬層,3.金屬貼片,4.金屬連接線,5.微帶漸變線，6.微帶線，7.漸變型印刷平行雙線，8.金屬化通孔，9. SIW感性窗口濾波器的耦合窗口，10. SIff感性窗口濾波器諧振腔。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型，應理解這些實施例僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍，在閱讀了本實用新型之後，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。垂直極化全向印刷濾波天線，是將SIW濾波器和具有垂直極化全向輻射特性的輻射單元聯合設計、製作在一塊介質基板上。實施例中的濾波天線工作在Ku波段，輻射單元為串饋微帶貼片陣列，該陣列中的金屬貼片交叉地印刷在介質基板的上、下表面，共10個金屬貼片，每個表面上有5個金屬貼片，同表面上相鄰的金屬貼片通過金屬連接線連接；實施例中，濾波器部分採用SIW三階感性窗口濾波器。實施例中，如圖I和圖2中的天線均採用特性阻抗為50歐姆微帶線作為饋電埠。圖I中，50歐姆微帶線輸入埠和金屬貼片之間通過微帶漸變線連接，然後為金屬貼片饋電。圖2中，50歐姆微帶線輸入埠和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、穿過介質層的金屬化通孔構成；在3頂傳輸線上，有由金屬化通孔構成的SIW感性窗口濾波器的耦合窗口，SIff傳輸線通過漸變型印刷平行雙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、H面全向輻射特性。按照圖I和圖2結構製作了工作在14. 4GHz的串饋印刷微帶貼片天線和垂直極化全向印刷濾波天線。天線採用PCB工藝製作在介質基片上。介質基片採用了厚度為Imm的介電常數為2. 55的Taconic (泰康尼克)。實施例按以下尺寸在上述介質基板上製作實施例中工作在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 ;微點漸變線窄端寬度為0. 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0. 5_。實施例中工作在14.4GHz附近的垂直極化全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 ;微點漸變線寬端寬度為4. 5mm;金屬化通孔直徑為0. 6mm;相鄰金屬化通孔間距為Imm5SIW感性窗口濾波器的四個耦合窗口寬度分別為 5. 36mm, 3. 57mm, 3. 57mm, 5. 36mm ；SIff感性窗口濾波器的三個諧振腔長度分別為8. 59mm,
9.44mm, 8. 59mm ;漸變型印刷平行雙線長度為2mm ;漸變型印刷平行雙線寬端寬度為2mm ;漸變型印刷平行雙線窄端寬度為0. 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0. 5_。圖3為實施例中工作在14. 4GHz附近的串饋印刷微帶貼片天線和垂直極化全向印刷濾波天線輸入端反射係數測試結果(圖中虛線所示的「天線」為串饋印刷微帶貼片天線， 實線所示的「濾波天線」為垂直極化全向印刷濾波天線，下同)，可以看到濾波天線有效濾除了帶外雜散信號；圖4為實施例中在14. 4GHz上串饋印刷微帶貼片天線和垂直極化全向印刷濾波天線E面輻射方向圖測試結果；圖5為實施例中在14. 4GHz上串饋印刷微帶貼片天線和垂直極化全向印刷濾波天線H面輻射方向圖測試結果。圖4和圖5表明濾波天線有效保持了輻射單元的輻射特性。
權利要求1.一種垂直極化全向印刷濾波天線，其特徵在於從下到上依次為下表面金屬層、介質層和上表面金屬層；在所述上表面金屬層的一端設有微帶線，所述微帶線通過微帶漸變線和Siw傳輸線連接，所述SIW傳輸線通過漸變型印刷平行雙線和第一串饋微帶貼片陣列連接；在所述下表面金屬層設有第二串饋微帶貼片陣列。
2.根據權利要求I所述垂直極化全向印刷濾波天線，其特徵在於所述SIW傳輸線為所述上表面金屬層與下表面金屬層之間的、穿過所述介質層的兩排金屬化通孔。
3.根據權利要求I所述垂直極化全向印刷濾波天線，其特徵在於在所述SIW傳輸線上，設有由金屬化通孔構成的SIW感性窗口濾波器的耦合窗口和諧振腔。
4.根據權利要求I所述垂直極化全向印刷濾波天線，其特徵在於所述第一串饋微帶貼片陣列和第二串饋微帶貼片陣列分別包括多個金屬貼片，相鄰所述金屬貼片由金屬連接線連接。
5.根據權利要求4所述垂直極化全向印刷濾波天線，其特徵在於所述第一串饋微帶貼片陣列和第二串饋微帶貼片陣列分別包括5個金屬貼片。
6.根據權利要求4所述垂直極化全向印刷濾波天線，其特徵在於所述第一串饋微帶貼片陣列的金屬貼片和第二串饋微帶貼片陣列的金屬貼片交叉地印刷在上表面金屬層和下表面金屬層。
專利摘要本實用新型公開了一種垂直極化全向印刷濾波天線，採用印刷電路板(PCB)工藝製作，從下到上依次為下表面金屬層、介質層和上表面金屬層；在所述上表面金屬層的一端設有微帶線，所述微帶線通過微帶漸變線和SIW傳輸線連接，所述SIW傳輸線通過漸變型印刷平行雙線和第一串饋微帶貼片陣列連接；在所述下表面金屬層設有第二串饋微帶貼片陣列。本實用新型垂直極化全向印刷濾波天線易於製作、加工精度高，在較高頻率，例如Ku波段，尤其適用。
文檔編號H01Q13/08GK202308303SQ20112037886
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月8日 優先權日2011年10月8日
發明者餘晨, 洪偉, 蒯振起 申請人:東南大學