专利名称：垂直极化定向印刷滤波天线的制作方法
技术领域：
本实用新型属于通信技术应用领域，具体涉及一种垂直极化定向滤波天线。垂直极化定向滤波天线，是将具有垂直极化定向辐射特性的辐射阵列和基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide, SIff)滤波器进行联合设计，滤波天线在保持垂直极化定向辐射特性的同时，可以很好地滤除工作频带外杂散信号
背景技术：
近年来，无线通信技术得到了快速发展，并获得了广泛应用。天线是无线通信系统的关键部件，其中定向天线具有在某范围辐射角度内增益高的特点。现代通信系统要求低成本、易制作、易于与其他微波射频平面电路集成的天线。目前低频通信已经趋向饱和，于是，高频段、易制作、易集成的天线成为新的研究热点之一。通常，独立的辐射单元增益较低，如需提高增益，可以采用阵列结构。但是，随着频率的提高，比如在Ku波段，复杂的馈电网络会带来损耗大、寄生辐射强等问题。印刷串馈微带贴片阵列，具有垂直极化定向辐射特性，其结构特点决定它具有良好的交叉极化特性，同时增益和波束宽度都容易控制，可以通过增加贴片数目来提高辐射增益，通过改变背面金属地宽度来改变波束宽度，以满足不同应用需求。SIW作为一种平面电路，具有结构封闭，损耗小、寄生辐射弱的特点，适合高频段通信系统应用。基于SIW技术的滤波器Q值高、损耗小、易制作、加工精度高，和常用的微带或者腔体滤波器相比，有着明显优势。
发明内容技术问题本实用新型提出一种垂直极化定向印刷滤波天线，该天线易于制作、力口工精度高，在较高频率，例如Ku波段，尤其适用。技术方案为解决上述技术问题，本实用新型提出一种垂直极化定向印刷滤波天线，该滤波天线为三层结构，中间是介质层，介质层正面是上表面金属层，介质层的背面全部是金属层，称为下表面金属层；垂直极化定向印刷滤波天线为三层结构，中间是介质层，介质层正面是上表面金属层，介质层的背面全部是金属层，称为下表面金属层；在上表面金属层的一端设有微带线，微带线通过微带渐变线和SIW传输线相连接；在SIW传输线上，设有由金属化通孔构成的SIW感性窗口滤波器的耦合窗口和SIW感性窗口滤波器的谐振腔；SIW传输线通过渐变型微带线和串馈微带贴片阵列连接；串馈微带贴片阵列的微带金属贴片印刷在介质层的正面；相邻的金属贴片由金属连接线连接。所述的SIW传输线由两排相距一定距离的、位于上表面金属层与下表面金属层之间的、穿过介质层的金属化通孔构成。所述的SIW传输线两边金属化通孔之间的距离是SIW传输线宽度。[0013]所述的串馈微带贴片阵列为辐射部分，金属贴片印刷在介质层的正面，共4个金属贴片。所述的SIW感性窗口滤波器采用SIW三阶感性窗口滤波器。有益效果本实用新型基于印刷PCB工艺，采用具有垂直极化定向辐射特性的辐射阵列和基于SIW技术的滤波器结构，设计出垂直极化定向印刷滤波天线。SIW感性窗口滤波器和辐射阵列协同工作，只有通过SIW滤波器的信号才能激励辐射阵列。SIW感性窗口滤波器作为射频前端滤波器和辐射阵列直接相连，可以避免通用的电缆连接带来的损耗。SIff损耗小、寄生辐射极低、呈平面结构、易于采用标准PCB工艺加工，串馈微带贴片阵列同样易于采用标准PCB工艺加工。整个垂直极化定向印刷滤波天线易与其他微波射频电路集成。采用PCB工艺制作的垂直极化定向印刷滤波天线，加工精度高，在高频段，例如Ku波段，可以有效解决电路尺寸小、制作难的问题，同时加工成本低、易于批量生产。垂直极化定向印刷滤波天线，可以很好的滤除工作频带外杂散信号，有效改善单独天线的输入端反射系数，同时保持天线的辐射特性不变。滤波天线具有垂直极化定向辐射特性，垂直极化天线不易产生极化电流，可以有效避免能量衰减，确保信号传播；定向天线将在特定角度范围内产生强辐射。通过改变金属贴片的数目，可以容易地控制滤波天线的增益；通过改变介质背面金属地的宽度，可以容易地控制滤波天线的波束宽度。垂直极化定向印刷滤波天线是一种平面天线，在组成多输入多输出(MIMO)阵列时，多个滤波天线可以集成在同一块介质板上，可以保证整个阵列的一致性。在高频段，例如在Ku频段，由SIW滤波器和串馈印刷微带贴片构成的垂直极化定向印刷滤波天线，寄生辐射弱、交叉极化特性良好。
图I为串馈印刷微带贴片天线上表面金属层结构示意图(用于测试比较)；图2为垂直极化定向印刷滤波天线上表面金属层结构示意图；图3实施例中工作在14. 4GHz附近的串馈印刷微带贴片天线和垂直极化定向印刷滤波天线输入端反射系数测试结果；图4实施例中14. 4GHz上，垂直极化定向印刷滤波天线E面和H面辐射方向图测试结果；图中，I.上表面金属层，2.徽带金属贴片，3.金属连接线，4.微带线，5.微带渐变线，6.渐变型微带线，7.金属化通孔，8. SIW感性窗口滤波器耦合窗口，9. SIW感性窗口滤波器谐振腔。
具体实施方式
下面将参照附图对本实用新型进行说明。本实用新型中的滤波天线，具有垂直极化定向辐射特性 。滤波天线的辐射部分采用串馈微带贴片阵列，微带贴片的数目将直接决定滤波天线的辐射增益，微带贴片数目越多，滤波天线增益越高，串馈微带贴片阵列具有垂直极化定向辐射特性，并且交叉极化特性良好。滤波天线的滤波器部分采用SIW感性窗口滤波器。辐射部分和滤波器部分都为平面结构，可以采用标准的PCB工艺制作，易实现、易集成、精度高、成本低，特别在高频段，例如Ku波段，可以有效解决电路尺寸小、制作难的问题。滤波天线将对工作频带外信号具有良好的抑制效果。具有垂直极化定向辐射特性的印刷滤波天线为三层结构，中间是介质层，正面是上表面金属层，背面全部是金属层，外形为长方形；在上表面金属层的一端连接有微带线，微带线通过微带渐变线和SIW传输线相连接；SIW传输线是由两排相距一定距离(SIW传输线宽度)的、上表面金属层与下表面金属层之间的、穿过介质层的金属化通孔构成；在Siw传输线上，设有由金属化通孔构成的Siw感性窗口滤波器的耦合窗口和SIW感性窗口滤波器的谐振腔；SIW传输线通过渐变型微带线和串馈微带贴片阵列连接；串馈微带贴片阵列的金属贴片印刷在介质板的上表面；相邻的金属贴片由金属连接线连接。垂直极化定向印刷滤波天线，是将具有垂直极化定向辐射特性的辐射阵列和SIW滤波器联合设计、制作在一块介质基板上。实施例中的滤波天线工作在Ku波段，辐射部分为串馈印刷微带贴片阵列，金属贴片印刷在介质板的上表面，共4个金属贴片，相邻的金属贴片通过金属连接线连接，介质板下表面全部是金属层；实施例中，滤波器部分采用SIW三阶感性窗口滤波器。图I中是串馈印刷微带贴片天线上表面金属层结构示意图(用于测试比较)；图2中是垂直极化定向印刷滤波天线上表面金属层结构示意图。实施例中，如图I和图2中的天线均采用特性阻抗为50欧姆微带线作为馈电端口。图I中，50欧姆微带线输入端口和金属贴片之间通过微带渐变线连接，然后为金属贴片馈电。图2中，50欧姆微带线输入端口和SIW传输线之间通过微带渐变线连接，SIW传输线是由上表面金属层与下表面金属层之间的、穿过介质层的金属化通孔构成；在SIW传输线上，有由金属化通孔构成的SIW感性窗口滤波器的耦合窗口和SIW感性窗口滤波器的谐振腔，SIff传输线通过渐变型微带线和串馈微带贴片阵列连接。图2中的滤波天线具有垂直极化、定向辐射特性。按照图I和图2结构制作了工作在14. 4GHz的串馈印刷微带贴片天线和垂直极化定向印刷滤波天线。天线采用PCB工艺制作在介质基片上。介质基片采用了厚度为Imm的介电常数为2. 55的Taconic (泰康尼克)作为介质板。实施例按以下尺寸在上述基片上制作实施例中工作在14. 4GHz附近的串馈印刷微带贴片天线微带线宽度为2. 8mm ;微带渐变线长度为3. 5mm ;微点渐变线窄端宽度为O. 5mm ;金属贴片长度为6. 45mm ;金属贴片宽度为2. 7mm ;金属连接线长度为7. 45mm ;金属连接线宽度为O. 5_。实施例中工作在14.4GHz附近的垂直极化定向印刷滤波天线微带线宽度为2. 8mm;微带渐变线长度为I. 5mm ;微点渐变线宽端宽度为4. 5mm;金属化通孔直径为O. 6mm ;相邻金属化通孔间距为Imm ；SIff感性窗口滤波器的四个I禹合窗口宽度分别为5. 36mm, 3. 57mm, 3. 57mm, 5. 36mm ；SIff感性窗口滤波器的三个谐振腔长度为别为
8.59mm, 9. 44mm, 8. 59mm ;渐变型印刷平行双线长度为2mm ;渐变型微带线宽端宽度为2mm ；渐变型微带线窄端宽度为O. 5mm ;金属贴片长度为6. 45mm ;金属贴片宽度为2. 7mm ;金属连接线长度为7. 65mm ;金属连接线宽度为O. 5mm。图3为实施例中工作在14. 4GHz附近的串馈印刷微带贴片天线和垂直极化定向印刷滤波天线输入端反射系数测试结果，可以看到滤波天线有效滤除了带外杂散信号；图4为实施例中在14. 4GHz上垂直极化定向印刷滤波天线E面和H面辐射方向图测试结果，结果表明滤波天线有效保持了 辐射阵列的辐射特性。以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
权利要求1.一种垂直极化定向印刷滤波天线，其特征在于该波天线为三层结构，中间是介质层，介质层正面是上表面金属层(I)，介质层的背面全部是金属层，称为下表面金属层； 在上表面金属层(I)的一端设有微带线(4)，微带线(4)通过微带渐变线(5 )和SIW传输线相连接；在SIW传输线上，设有由金属化通孔(7)构成的SIW感性窗口滤波器的耦合窗口(8)和SIW感性窗口滤波器的谐振腔(9)； SIW传输线通过渐变型微带线(6)和串馈微带贴片阵列连接；串馈微带贴片阵列的微带金属贴片(2)印刷在介质层的正面；相邻的金属贴片(2)由金属连接线(3)连接。
2.根据权利要求I所述的垂直极化定向印刷滤波天线，其特征在于所述的SIW传输线由两排相距一定距离的、位于上表面金属层(I)与下表面金属层之间的、穿过介质层的金属化通孔(7)构成。
3.根据权利要求I或2所述的垂直极化定向印刷滤波天线，其特征在于所述的SIW传输线两边金属化通孔(7)之间的距离是SIW传输线宽度。
4.根据权利要求I所述的垂直极化定向印刷滤波天线，其特征在于所述的串馈微带贴片阵列为辐射部分，金属贴片(2)印刷在介质层的正面，共4个金属贴片。
5.根据权利要求I所述的垂直极化定向印刷滤波天线，其特征在于所述的SIW感性窗口滤波器采用SIW三阶感性窗口滤波器。
专利摘要本实用新型涉及一种垂直极化定向印刷滤波天线，该波天线为三层结构，中间是介质层，介质层正面是上表面金属层(1)，介质层的背面全部是金属层，称为下表面金属层；在上表面金属层(1)的一端连接有微带线(4)，微带线(4)通过微带渐变线(5)和SIW传输线相连接；在SIW传输线上，设有由金属化通孔(7)构成的SIW感性窗口滤波器的耦合窗(8)口和SIW感性窗口滤波器的谐振腔(9)；SIW传输线通过渐变型微带线(6)和串馈微带贴片阵列连接，串馈微带贴片阵列是由金属连接线(3)为金属贴片(2)馈电构成。该天线易于制作、加工精度高，在较高频率，例如Ku波段，尤其适用。
文档编号H01Q21/00GK202363585SQ201120509188
公开日2012年8月1日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者余晨, 洪伟, 蒯振起 申请人:东南大学