一种串馈并馈结合的滤波微带阵列天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微带天线的技术领域，尤其是指一种串馈并馈结合的滤波微带阵列天线。
【背景技术】
[0002]近几十年来，随着信息与电子技术的不断发展，各种新技术和发明层出不穷，其中微波集成电路和超大规模集成电路技术的快速发展，促使现代雷达、遥测技术、卫星通信、移动通信、电子对抗等领域的电子设备朝着小型化、多功能化、处理信息智能化的方向发展。人们在范围有限的平台上集成了越来越多的满足不同要求的电子设备及其与之配套的各种天线，希望用更少的器件来实现更多的功能。
[0003]天线和射频/微波滤波器作为通信中的关键器件，通常是独立设计，通过传输线连接，滤波器是按端口阻抗50欧姆设计的，然后通过传输线连到天线，然而天线和滤波器由于带宽的不同，它们的输入阻抗通常不能完全匹配，这将影响频率特性。如果进行单独的匹配设计，这样将导致设计的复杂化，而且匹配电路也会造成器件的尺寸增加。
[0004]因此一体化集成设计的滤波天线必定存在广阔的应用前景。集成的滤波天线能同时具备滤波和辐射两个功能，在通带不仅具有良好的辐射特性，而且能够实现高选择性的增益，较以往天线有着巨大的优势。由于集成滤波天线实现滤波和辐射双重功能，它们必将会降低通信设备体积和成本，有利于射频前端的小型化。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有微带阵列天线缺乏良好滤波特性和占用较大尺寸的缺陷，提供了一种串馈并馈结合的滤波微带阵列天线，具有高选择性、高带外抑制、尺寸小、重量轻以及易于加工制作等优点。
[0006]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:一种串馈并馈结合的滤波微带阵列天线，包括板状电介质基板、在基板上表面由金属箔形成的微带结构、在基板下表面由金属箔形成的地;所述微带结构包括端口结构、谐振器以及串馈贴片阵列，所述端口结构与谐振器通过缝隙耦合的方式馈电，所述谐振器与串馈贴片阵列的能量传输通过缝隙耦合的方式实现;所述串馈贴片阵列中的每个串馈贴片均由两个起辐射作用的贴片单元，分别为第一贴片单元和第二贴片单元，以及起能量传输作用的第一传输线和起能量接收作用的第二传输线组成;每个贴片单元均形成有一个凹槽，其中第一贴片单元中的凹槽能够控制传输到第二贴片单元的能量大小，第二贴片单元中的凹槽起阻抗匹配的作用，每个串馈贴片中的两个贴片单元的凹槽槽口相向对置，且它们之间连接有第一传输线，所述第一传输线的长度为半波长，目的是将两个贴片单元的相位差控制在180度，所述第二传输线与第一贴片单元连接。
[0007]所述第一贴片单元和第二贴片单元的辐射强度相同。
[0008]所述第二传输线接于第一贴片单元相对凹槽的另一边。
[0009]本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:
[0010]1、本滤波微带阵列天线在没有级联滤波器的情况下具有很好的滤波特性。
[0011]2、本滤波微带阵列天线采用串馈并馈结合的方式，提高空间利用性，减少了天线整体尺寸。
[0012]3、本滤波微带阵列天线易于加工制造，成本低，平面结构易于集成，适用于多种通信系统中。
【附图说明】
[0013]图1为本发明天线的竖截面剖视图。
[0014]图2为本发明天线的微带结构示意图。
[0015]图3为本发明天线其中一串馈贴片的结构示意图。
[0016]图4为本发明天线的|Sll|与增益仿真结果示意图。
[0017]图5为本发明天线在中心频率处Η面方向图仿真结果示意图。
[0018]图6为本发明天线在中心频率处Ε面主极化方向图仿真结果示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0020]本发明的滤波微带阵列天线整体制作在双面覆铜的介质基板上，使用机械刻制、激光刻制、电路板腐蚀等技术均可容易地制作。本发明的核心内容在于串馈贴片阵列采用并馈的方式馈电，同时并馈网络以一个谐振器来实现，谐振器与端口以及串馈贴片阵列间都以缝隙耦合的方式来传输能量，总体达到小型化以及具有滤波效果的目的。
[0021]本发明的滤波微带阵列天线以印刷电路板的方式制作在介电常数为2.55，厚度为
0.8mm的聚四氟乙烯双面覆铜微带板上，结构如图1、2、3所示，所述的滤波微带阵列天线包括板状电介质基板1、在基板1上表面由金属箔形成的微带结构2、在基板1下表面由金属箔形成的地3。所述微带结构2包括端口结构211、谐振器221以及串馈贴片阵列231-234。所述端口结构211与谐振器221通过缝隙耦合的方式馈电，合理设计谐振器221，使其工作在谐振模式。所述谐振器221与串馈贴片阵列231-234的能量传输通过缝隙耦合的方式实现。所述串馈贴片阵列231-234中的每个串馈贴片均由两个起辐射作用的贴片单元，分别为第一贴片单元2312和第二贴片单元2314，以及起能量传输作用的第一传输线2313和起能量接收作用的第二传输线2311组成;每个贴片单元均形成有一个凹槽，其中第一贴片单元2312中的凹槽能够控制传输到第二贴片单元2314的能量大小，合理设计使两个贴片单元的辐射强度相当，而第二贴片单元2314中的凹槽起阻抗匹配的作用，每个串馈贴片中的两个贴片单元的凹槽槽口相向对置，且它们之间连接有第一传输线2313，所述第一传输线2313的长度为半波长，目的是将第一贴片单元2312和第二贴片单元2314的相位差控制在180度，所述第二传输线2311接于第一贴片单元2312相对凹槽的另一边。
[0022]整个天线的工作方式是电磁信号从端口结构211馈电处输入，能量耦合到谐振器221，再由谐振器221耦合到串馈贴片阵列231-234，最后经由串馈贴片阵列231-234辐射出去，接收信号的方式则相反。
[0023]图4为本实施例天线的ISll|与增益仿真结果示意图，该天线10dB反射损耗范围为3.46GHz到3.54GHz，相对带宽约为2.3 %。天线工作范围内平均增益为11.7dBi左右，最大增益为12.ldBi。由图可见，不管是S曲线还是增益曲线，天线由通带到阻带的过渡都非常陡峭，增益曲线中，带外抑制也非常强，虽然存在两个小辐射峰，但其增益一个在1.3dBi以下，另一个在-5dBi以下，都已经被大大地抑制。需要注意，这两个小辐射峰是串馈贴片阵列的寄生模引起的，这在传统串馈贴片阵列中普遍存在，而如果天线整体没有滤波效果，这些辐射峰强度更强。可见，本天线具有高选择性、高带外抑制性等优点。
[0024]图5和图6分别为本实施例天线的中心频率处Η面方向图仿真结果示意图以及E面主极化方向图仿真结果示意图。由图可见，天线Η面主极化的副瓣电平小于_12dB，交叉极化小于-23dB，-3dB主瓣宽度为23.2度上面交叉极化小于_80dB，因此E面方向图只给出了主极化。两个方向图都只给出了-90度到+90度的区域，这是因为仿真采用的是IE3D软件，软件中地板被设置为无限大。可见，天线具有低副瓣、低交叉极化等优点。
[0025]以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种串馈并馈结合的滤波微带阵列天线，其特征在于:包括板状电介质基板、在基板上表面由金属箔形成的微带结构、在基板下表面由金属箔形成的地;所述微带结构包括端口结构、谐振器以及串馈贴片阵列，所述端口结构与谐振器通过缝隙耦合的方式馈电，所述谐振器与串馈贴片阵列的能量传输通过缝隙耦合的方式实现;所述串馈贴片阵列中的每个串馈贴片均由两个起辐射作用的贴片单元，分别为第一贴片单元和第二贴片单元，以及起能量传输作用的第一传输线和起能量接收作用的第二传输线组成;每个贴片单元均形成有一个凹槽，其中第一贴片单元中的凹槽能够控制传输到第二贴片单元的能量大小，第二贴片单元中的凹槽起阻抗匹配的作用，每个串馈贴片中的两个贴片单元的凹槽槽口相向对置，且它们之间连接有第一传输线，所述第一传输线的长度为半波长，目的是将两个贴片单元的相位差控制在180度，所述第二传输线与第一贴片单元连接。2.根据权利要求1所述的一种串馈并馈结合的滤波微带阵列天线，其特征在于:所述第一贴片单元和第二贴片单元的辐射强度相同。3.根据权利要求1所述的一种串馈并馈结合的滤波微带阵列天线，其特征在于:所述第二传输线接于第一贴片单元相对凹槽的另一边。
【专利摘要】本发明公开了一种串馈并馈结合的滤波微带阵列天线，包括板状电介质基板、在基板上表面由金属箔形成的微带结构、在基板下表面由金属箔形成的地；微带结构包括端口结构、谐振器以及串馈贴片阵列，端口结构与谐振器通过缝隙耦合的方式馈电，所述谐振器与串馈贴片阵列的能量传输通过缝隙耦合的方式实现。本发明的核心内容在于串馈贴片阵列采用并馈的方式馈电，同时并馈网络以一个谐振器来实现，谐振器与端口以及串馈贴片阵列间都以缝隙耦合的方式来传输能量，总体达到小型化以及具有滤波效果的目的。总之，本发明天线具有高选择性、高带外抑制、尺寸小等特性，还具有结构简单、易于加工制造、成本低、易于集成等特点。
【IPC分类】H01Q21/28, H01Q23/00
【公开号】CN105490036
【申请号】CN201610013467
【发明人】陈付昌, 胡豪涛
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月7日