專利名稱：垂直極化全向印刷濾波天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種垂直極化全向印刷濾波天線。
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，其中全向天線具有各向輻射特性相似的特點?，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、 全向輻射、易制作、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采用偶極子實現(xiàn)，單個偶極子輻射增益有限，可以采用串饋陣列或者并饋陣列提高輻射增益。但是在較高頻段，非平面結(jié)構(gòu)的偶極子在加工方面難度高、復(fù)雜度高。平面結(jié)構(gòu)的偶極子陣列需采用功率分配器進(jìn)行饋電，同一個陣列中的輻射單元數(shù)目越多，饋電網(wǎng)絡(luò)就越復(fù)雜。同時，隨著頻率的提高，比如在Ku波段，復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)又會帶來損耗大，寄生輻射強等問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種垂直極化全向印刷濾波天線，該天線易于制作、加工精度高，在較高頻率，例如Ku波段 (12. 4GHz-18GHz)，尤其適用。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)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。濾波天線的輻射單元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全向輻射特性，并且交叉極化特性良好。濾波天線的濾波器部分采用SIW(Substrate Integrated Waveguide，基片集成波導(dǎo))感性窗口濾波器。輻射單元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(jié)構(gòu)，中間是介質(zhì)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(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(zhì)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。有益效果本發(fā)明基于印刷PCB工藝，采用具有垂直極化全向輻射特性的輻射單元和基于SIW技術(shù)的濾波器結(jié)構(gòu)，設(shè)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(xié)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(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。整個垂直極化全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、制作難的問題，同時加工成本低、易于批量生產(chǎn)。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系數(shù)，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(chǎn)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(shù)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(zhì)基板(即介質(zhì)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(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖；圖1(b)為串饋印刷微帶貼片天線下表面金屬層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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系數(shù)測試結(jié)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(jié)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(jié)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。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。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(lián)合設(shè)計、制作在一塊介質(zhì)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(zhì)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，濾波器部分采用SIW三階感性窗口濾波器。
實施例中，如圖1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1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，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1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全向印刷濾波天線。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)。實施例按以下尺寸在上述介質(zhì)基板上制作實施例中工作在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. 5mm。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1. 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Imm ；SIff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 ；SIW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. 5mm。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系數(shù)測試結(jié)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(jié)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(jié)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(quán)利要求
1.一種垂直極化全向印刷濾波天線，其特征在于從下到上依次為下表面金屬層、介質(zhì)層和上表面金屬層；在所述上表面金屬層的一端設(shè)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(shè)有第二串饋微帶貼片陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述垂直極化全向印刷濾波天線，其特征在于所述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(zhì)層的兩排金屬化通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述垂直極化全向印刷濾波天線，其特征在于在所述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諧振腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述垂直極化全向印刷濾波天線，其特征在于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(jù)權(quán)利要求4所述垂直極化全向印刷濾波天線，其特征在于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(jù)權(quán)利要求4所述垂直極化全向印刷濾波天線，其特征在于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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直極化全向印刷濾波天線，采用印刷電路板(PCB)工藝制作，從下到上依次為下表面金屬層、介質(zhì)層和上表面金屬層；在所述上表面金屬層的一端設(shè)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(shè)有第二串饋微帶貼片陣列。本發(fā)明垂直極化全向印刷濾波天線易于制作、加工精度高，在較高頻率，例如Ku波段，尤其適用。
文檔編號H01Q21/00GK102361167SQ20111030129
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者余晨, 洪偉, 蒯振起 申請人:東南大學(xué)