一種基於金屬一體化結構的濾波天線的製作方法
2023-04-26 17:23:36
本實用新型涉及一種濾波天線，尤其是一種基於金屬一體化結構的濾波天線，屬於無線通信領域。
背景技術：
濾波天線都是現代通信系統中發射端和接收端重要的器件，它除了起到接收、發送信號之外，還對信號起分離作用，讓有用的信號儘可能無衰減的通過，對無用的信號儘可能大的衰減抑制其通過，可以實現信號的濾波、發送和接收。隨著無線通信技術的發展，信號間的頻帶越來越窄，這就對天線的規格和可靠性提出了更高的要求。濾波天線具有高的頻率選擇性、低插損、功率容量大、性能穩定等優點而具有很高的應用價值。許多學者對濾波天線產生頻帶隔離、頻帶選擇性、輻射性能進行了研究，通過調節濾波器、天線性能和濾波器與天線的搭配來實現良好的雙工天線性能。
隨著無線通信技術的快速發展，射頻微波器件要求在尺寸上更緊湊，各種多功能器件的發展被證明是解決這一問題的好辦法，傳統的濾波器和天線是兩個獨立的器件，在無線通信系統中是單獨設計的，濾波天線是天線與濾波器的集成而具有兩種器件的功能。
最近幾年有許多關於濾波天線的研究，文獻[1]提出了一種濾波器和天線綜合設計的方法；文獻[2]-[4]綜合出來的濾波天線具有良好的頻率選擇性；文獻[5]通過引入短路過孔；文獻[6]通過加入一個寄生單元讓天線具有更好的矩形度。
上述濾波天線雖然具有良好的濾波選擇性，但它們無法抑制高次諧波，高次諧波的輻射會造成額外的功率損耗，而且產生信號幹擾。
參考文獻：
[1]C.T.Chuang and S.J.Chung,「Synthesis and design of a new printed filtering antenna,」IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.59,no.3,pp.1036-1042,Mar.2011.
[2]W.-J.Wu,Y.-Z.Yin,S.-L.Zuo,Z.-Y.Zhang,and J.-J.Xie,「A new compact filter-antenna for modern wireless communication systems,」IEEE Antennas Wireless Propag.Lett..,vol.10,pp.1131-1134,2011.
[3]C.-T.Chuang and S.-J.Chung「A compact printed filtering antenna using a ground-intruded coupled line resonator」,IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.59,no.10,pp.3630-3637,Oct.2011.
[4]C.-K.Lin and S.-J.Chung「A compact filtering microstrip antenna with quasi-elliptic broadside antenna gain response」,IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.,vol.10,pp.381-384,2011.
[5]S.W.Wong,T.G.Huang,C.X.Mao,Z.N.Chen,and Q.X.Chu「Planar filtering ultra-wideband(UWB)antenna with shorting pins」,IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.61,no.2,pp.948-953,Feb.2013.
[6]J.Wu,Z.Zhao,Z.Nie,and Q.Liu,「A printed unidirectional antenna with improved upper band-edge selectivity using a parasitic loop」,IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.63,no.4,pp.1832-1873,Apr.2015。
技術實現要素：
本實用新型的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供了一種的一種基於金屬一體化結構的濾波天線，該濾波天線可以實現濾波及良好的天線輻射性能，利用多模的理論，天線輻射帶寬大，頻率選擇性好，同時它具有體積小、設計簡單、易加工、性能好等優點，能夠很好的滿足現代通訊系統的要求。
本實用新型的目的可以通過採取如下技術方案達到：
一種基於金屬一體化結構的濾波天線，包括金屬諧振腔體、導體組件、金屬天線腔體和探針，所述金屬諧振腔體內嵌一塊金屬板，所述金屬板上開有槽線，所述金屬天線腔體的頂部開口，其餘部分封閉；所述導體組件固定在金屬諧振腔體的左壁上，並與金屬板的左端連接，所述金屬諧振腔體的右壁與金屬天線腔體的左壁之間開有一個圓形通孔，所述探針的一端從圓形通孔中心穿過後與金屬板的右端連接，另一端懸空，且位於金屬天線腔體內。
作為一種優選方案，所述槽線為矩形槽線。
作為一種優選方案，所述矩形槽線有兩個，兩個矩形槽線左右對稱。
作為一種優選方案，所述導體組件由同軸外導體和同軸內導體組成，所述同軸外導體固定在金屬諧振腔體的左壁上，所述同軸內導體的一端與同軸外導體連接，另一端穿過金屬諧振腔體的左壁後與金屬板的左端連接。
作為一種優選方案，所述同軸外導體採用SMA接頭，所述同軸內導體採用耦合杆，所述SMA接頭的末端與耦合杆的一端焊接。
作為一種優選方案，所述SMA接頭上設有四個通孔，所述金屬諧振腔體的左壁上開有四個螺紋孔，四個螺紋孔與四個通孔相對應，通過螺釘穿過通孔後與螺紋孔配合將SMA接頭固定在金屬諧振腔體的左壁上。
作為一種優選方案，所述金屬諧振腔體為矩形金屬諧振腔體。
作為一種優選方案，所述金屬天線腔體為矩形金屬天線腔體，所述矩形金屬天線腔體的頂部開口，底部、左部、右部、前部和後部封閉。
作為一種優選方案，所述探針的長度與中心頻率對應下的波長成比例關係。
本實用新型相對於現有技術具有如下的有益效果：
1、本實用新型的濾波天線具有金屬諧振腔體和金屬天線腔體，金屬諧振腔體內嵌一塊金屬板，在內嵌的金屬板上開出槽線，可以實現高頻率選擇性的濾波電路，並在金屬諧振腔體和金屬天線腔體之間開出一個能夠容納探針的圓形通孔，使探針的一端從圓形通孔中心穿過後與金屬板連接，以接收金屬板經過槽線濾波的能量，另一端在金屬天線腔體內懸空設置，將接收到的能量從金屬天線腔體的頂部開口輻射出去，整個濾波天線具有體積小、設計簡單、易加工、性能好等優點，能夠很好的滿足現代通訊系統的要求。
2、本實用新型的濾波天線在4.45～5.85GHz的頻率範圍內，|S11|的值都在-10dB以下，且有四個明顯的諧振點，可見是多模濾波天線，能夠很好的滿足現代通訊系統的要求，滿足體積小、高矩形度、高Q值、設計和加工簡單等特點，由於是基於金屬一體化結構的濾波天線，整個結構牢固。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例1的濾波天線結構示意圖。
圖2為本實用新型實施例1的濾波天線正視圖。
圖3為本實用新型實施例1的濾波天線左視圖。
圖4為本實用新型實施例1的濾波天線俯視圖。
圖5為本實用新型實施例1的濾波天線頻率響應的電磁仿真曲線圖。
圖6為本實用新型實施例1的濾波天線的加工示意圖。
其中，1-金屬諧振腔體，2-金屬天線腔體，3-探針，4-金屬板，5-矩形槽線，6-同軸外導體，7-同軸內導體，8-圓形通孔，9-下部金屬結構，10-上部金屬結構，11-第一通孔下半部分，12-第一下腔體，13-第二下腔體，14-凹槽，15-第二螺紋孔，16-第三螺紋孔，17-第二通孔下半部分，18-第四螺紋孔，19-第一上腔體，20-第二上腔體，21-第五螺紋孔，22-第六螺紋孔，23-第二通孔上半部分，24-第七螺紋孔，25-第一缺口，26-第二缺口。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限於此。
實施例1：
如圖1～圖4所示，本實施例的濾波天線包括金屬諧振腔體1、導體組件、金屬天線腔體2和探針3。
所述金屬諧振腔體1為矩形金屬諧振腔體，其內嵌一塊金屬板4，所述金屬板4上開有兩個矩形槽線5，所述兩個矩形槽線5左右對稱，通過兩個矩形槽線5，實現高頻率選擇性的濾波電路。
所述導體組件由同軸外導體6和同軸內導體7組成，所述同軸外導體6固定在金屬諧振腔體1的左壁上，所述同軸內導體7的一端與同軸外導體6連接，另一端穿過金屬諧振腔體1的左壁後與金屬板4的左端連接，能量通過同軸外導體6輸入，並由同軸內導體7傳輸給金屬板4。
本實施例中，所述同軸外導體6採用SMA接頭，所述同軸內導體7採用耦合杆，所述SMA接頭的末端與耦合杆的一端焊接；所述SMA接頭上設有四個通孔(圖中未示出)，所述金屬諧振腔體1的左壁上開有四個螺紋孔(圖中未示出)，四個螺紋孔與四個通孔相對應，通過螺釘穿過通孔後與螺紋孔配合將SMA接頭固定在金屬諧振腔體1的左壁上。
所述金屬天線腔體2為矩形金屬天線腔體，該矩形金屬天線腔體的頂部開口，底部、左部、右部、前部和後部封閉，金屬諧振腔體1的右壁與金屬天線腔體2的左壁之間開有一個圓形通孔8，探針3的一端從圓形通孔8中心穿過後與金屬板4的右端連接，以接收金屬板4經過矩形槽線5濾波的能量，另一端懸空，且位於金屬天線腔體2內，將接收到的能量從金屬天線腔體2的頂部開口輻射出去；其中，探針3在金屬天線腔體2內的部分與金屬天線腔體2構成了天線結構，探針3在圓形通孔8中的部分與圓形通孔8一起作為同軸線，用來連接金屬諧振腔體1和金屬天線腔體2，探針3的長度與中心頻率對應下的波長成比例關係。
本實施例的濾波天線頻率響應的電磁仿真曲線如圖5所示，圖中S11是指輸入埠的回波損耗，可以看到在4.45～5.85GHz的頻率範圍內，S11的值都在-10dB以下，且有四個明顯的諧振點，可見是多模濾波天線，很好的滿足了現代通訊系統的要求。
如圖6所示，本實施例的濾波天線加工過程如下：
1)將一個矩形金屬塊切開，分為下部金屬結構9和上部金屬結構10，整個濾波天線由下部金屬結構9、上部金屬結構10、金屬板4、SMA接頭(同軸外導體6)、耦合杆(同軸內導體7)和探針3組成；
2)在下部金屬結構9上，在左壁附近開出用於固定SMA接頭的兩個第一螺紋孔(圖中未示出)和用於容納耦合杆的第一通孔下半部分11，並開出第一下腔體12和第二下腔體13；在第一下腔體12的前後壁上開出用於固定金屬板4的凹槽14，並在凹槽14上開出用於固定螺釘的第二螺紋孔15，在第二下腔體13的前後壁上開出用於固定螺釘的第三螺紋孔16，在第一下腔體12和第二下腔體13之間開出用於容納探針3的第二通孔下半部分17；
3)在上部金屬結構10上，在左壁附近開出用於固定SMA接頭的兩個第四螺紋孔18和用於容納耦合杆的第一通孔上半部分(圖中未示出)，並開出第一上腔體19和第二上腔體20，第一上腔體19沒有開透，第二上腔體20開透；在第一上腔體19的前後壁上開出用於固定螺釘的第五螺紋孔21，第五螺紋孔21的位置與第二螺紋孔15的位置相對應，在第二上腔體20的前後壁上開出用於固定螺釘的第六螺紋孔22，第六螺紋孔22的位置與第三螺紋孔16的位置相對應，在第一上腔體19和第二上腔體20之間開出用於容納探針3的第二通孔上半部分23；
4)在金屬板4上，開出兩個矩形槽線5以及用於固定螺釘的第七螺紋孔24，第七螺紋孔24的位置與第二螺紋孔15、第五螺紋孔21的位置相對應，並在金屬板4左端開出用於固定耦合杆的第一缺口25，在金屬板4右端開出用於固定探針3的第二缺口26；
5)將金屬板4放在下部金屬結構9的凹槽14上，將耦合杆焊接到金屬板4的第一缺口25上，以及將探針3焊接到金屬板4的第二缺口26上，蓋上上部金屬結構10，此時第一下腔體12和第一上腔體19組成金屬諧振腔體1，第二下腔體13和第二上腔體20組成金屬天線腔體2，第一通孔下半部分11和第一通孔上半部分組成可容納耦合杆的通孔結構，第二通孔下半部分17和第二通孔上半部分23組成可容納探針3的圓形通孔8，通過螺釘將SMA接頭鎖定在金屬諧振腔體1上，並通過螺釘將上部金屬結構10、金屬板4和下部金屬結構9固定起來，整個濾波天線組裝完畢，最後進行測試。
上述實施例中，所述金屬諧振腔1、金屬天線腔體2、金屬板4、導體組件採用的金屬材料可以為鋁、鐵、錫、銅、銀、金和鉑的任意一種，或可以為鋁、鐵、錫、銅、銀、金和鉑任意一種的合金。
綜上所述，本實用新型的濾波天線具有金屬諧振腔體和金屬天線腔體，金屬諧振腔體內嵌一塊金屬板，在內嵌的金屬板上開出槽線，實現高頻率選擇性的濾波電路，並在金屬諧振腔體和金屬天線腔體之間開出一個能夠容納探針的圓形通孔，使探針的一端從圓形通孔中心穿過後與金屬板連接，以接收金屬板經過槽線濾波的能量，另一端在金屬天線腔體內懸空設置，將接收到的能量從金屬天線腔體的頂部開口輻射出去，整個濾波天線具有體積小、設計簡單、易加工、性能好等優點，能夠很好的滿足現代通訊系統的要求。
以上所述，僅為本實用新型專利較佳的實施例，但本實用新型專利的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型專利所公開的範圍內，根據本實用新型專利的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，都屬於本實用新型專利的保護範圍。