专利名称：一种包含滤波器功能的h面扇形喇叭天线的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微波技术领域，涉及一种基于基片集成波导技术构成的包含滤波器功能的H面扇形喇叭天线，可作为射频收发前端的天线， 应用于无线通信场合。作为一种平面天线它不仅是滤波器和天线的双功能 集成模块，而且与绝大多数平面天线不同的是它是一种提供垂直极化的天 线，可以用于一些特殊的场合。
技术背景传统的金属喇叭天线作为一种广泛应用于天线测试等场合的标准天 线，它具有增益高、定向性好、结构简单、易于设计和制造等优点。但这 种天线的缺点也很明显，体积大，和后续电路的连接复杂，无法与电路平 面集成。而目前多功能集成模块特别是滤波器和天线的集成已经受到广泛 关注。在具有灵敏接收机的通信系统中，其射频前端需要带通滤波器将需 要的信号分离出来，很多情况下带外干扰比所需信号还强，这就对前端滤 波器的指标要求非常苛刻。很多学者寻求在天线上集成滤波器对信号进行 预滤波以降低对后续电路的指标要求。目前国际上关于天线与滤波器集成模块的设计主要基于以下三类。第 一类是采用微带平面电路结构来实现滤波器和微带天线的双功能集成。这 类双功能模块能够实现体积紧凑水平极化的天线，但它一般需要采用多层 PCB工艺来实现，成本比较高。另一类是采用传统金属喇叭天线的形式通 过在喇叭天线的口面内安装一些金属杆来实现滤波和辐射的双功能集成。 这类天线能够很好地保留金属喇叭天线的高定向性高增益的垂直极化辐射 特性，但是它同样存在传统金属喇叭天线的大体积不易于平面集成的缺 点。最后一大类是通过研究频率选择表面和口径天线如金属喇叭天线和波 导终端开口辐射器阵列等的结合来实现滤波辐射的双功能集成，同时降低 系统的雷达散射截面和抗外部电磁干扰。综合目前滤波和辐射双功能集成模块的研究现状可知，仍然需要研究 采用新工艺新结构来实现低成本低轮廓的高性能的滤波天线。 发明内容本实用新型的目的是提供一种基于基片集成波导技术构成的包含滤波 器功能的H面扇形喇叭天线，这种新型滤波天线在保持平面天线的低轮 廓的基础上，实现了绝大多数平面天线无法实现的垂直极化的辐射特性。 同时它在保留了 H面扇形喇叭天线高增益、高定向性的辐射特性的基础 上有效地集成了感性金属柱加载波导滤波器的滤波特性。整个器件的体积 紧凑，结构简单，易于设计和加工，成本低，同时可以与平面电路完全无 缝集成。本实用新型的包含滤波器功能的H面扇形喇叭天线包括介质基片，介质基片的两面镀有金属层，分别是上金属层和下金属层，其中下金属层作为地层；上金属层蚀刻有用于馈电的微带线和微带形式的梯形转换器， 梯形转换器的输出端与构成基片集成波导的上金属层相连，输入端向外延 伸，作为微带线；贯穿上金属层、介质基片和下金属层开有多个通孔，通 孔内壁镀金属，形成金属化通孔，包括构成基片集成波导的两行平行设置 的平行金属化通孔，和构成扇形喇叭天线的两行逐渐张开的渐变金属化通 孔；构成基片集成波导的相邻的平行金属化通孔的孔间距相同，构成扇形 喇叭天线的相邻的渐变金属化通孔的孔间距相同，扇形喇叭天线输入端的 渐变金属化通孔与平行金属化通孔位置对应；在扇形喇叭天线区域的中轴 线上设置有贯穿上金属层、介质基片和下金属层的四个内壁镀有金属的微 扰金属化通孔。本实用新型的包含滤波器功能的H面扇形喇叭天线是在普通的介质 基片上通过采用基片集成波导技术制造等效于传统的金属波导结构和金属 H面扇形喇叭天线结构，从而极大地降低了整个器件的体积。与传统金属 波导和H面扇形喇叭天线需要精密的机械加工不同的是这种新型器件可 以采用普通的PCB工艺制作，制作成本显著降低，并可与微带电路实现无缝集成。在结构上，基片为具有双面金属层的介质基片，在介质基片上 以均匀的间隔设有一系列金属化通孔，形成等效于传统金属波导和H面 扇形喇叭天线的基片集成波导和基片集成波导H面扇形喇叭天线。在双 面金属层的上金属层蚀刻用于馈电的微带线，然后通过微带和基片集成波 导之间的梯形转换器将电磁波引入基片集成波导中。再通过基片集成波导 向基于基片集成波导技术的构成的等效H面扇形喇叭天线馈电，最后再由H面扇形喇叭天线的开口处将特定频带内的电磁波向空间辐射而形成具有滤波特性的天线。具体工作原理电磁波由微带线馈电，再通过基片集成波导将其引入 到由基片集成波导技术构成的等效的H面扇形喇叭天线中，经过安装在H面扇形喇叭中的四个感性金属通孔的滤波作用将需要频段的电磁波经由 喇叭口面向空中辐射，从而形成具有滤波特性的H面扇形喇叭天线。有益效果基于基片集成波导技术构成的包含滤波器功能的H面扇 形喇叭天线具有以下优点a. 这种新型的集成滤波器天线在集成了感性金属柱波导滤波器的滤波 特性的基础上，保留了传统的金属H面扇形喇叭天线的高定向性高增益等的优良辐射特性，同时提供了绝大多数平面天线所不具备的垂直极化辐 射。整个结构可以在单层介质基片上实现，不但使得整个双功能集成模块 的体积大大地减小，而且整个模块可以与系统完全平面无缝集成，提高了系统的集成度。b. 这种新型的集成滤波器天线结构简单，全部结构包括馈电网络可在 一块普通的介质基片上就实现。在设计过程中只需要调节等效扇形喇叭天 线的张角，以及用于构成滤波器的感性金属通孔的直径和相邻通孔之间的 间距就可以得到所需要的滤波和辐射性能。结构参数少，大大縮短了设计 和优化的时间。c. 这种新型的集成滤波器天线制造简单方便，用普通的PCB工艺就 可以实现。与传统的H面扇形喇叭天线相比，制造速度快，成本低廉。
图1是本实用新型的立体结构示意图； 图2是本实用新型的上金属层结构示意图； 图3是本实用新型的下金属层结构示意图；图4是本实用新型一实施例的回波损耗仿真和测试结果的比较图；图5是本实用新型一实施例在18.5GHz时E面辐射方向图的测试结果；图6是本实用新型一实施例在18.5GHz时H面辐射方向图的测试结果。
具体实施方式
如图1所示，包含滤波器功能的H面扇形喇叭天线包括厚度为1.575 毫米Rogers5880介质基片10，介质基片10的两面镀有金属层，分别是上 金属层2和下金属层9，其中下金属层9作为地层。如图2，上金属层2 蚀刻有用于馈电的微带线1、微带形式的梯形转换器8，梯形转换器8的 输出端与构成基片集成波导的上金属层2相连，输入端向外延伸，作为微 带线1。微带线1的长度和宽度分别为6毫米和5毫米，梯形转换器8的 长度为6毫米，与基片集成波导上金属层2相连的一端宽度为4.2毫米。 贯穿上金属层2、介质基片10和下金属层9开有直径为l毫米的通孔，通 孔内壁镀有金属，形成金属化通孔3和金属化通孔7。多个金属化通孔7 先按一定间距平行排列为两行构成基片集成波导6 (虚线框包含部分)， 基片集成波导6的长度和宽度均为10毫米。多个金属化通孔3在基片集 成波导6的输出端沿其两边以一定的张角顺序排列成扇形喇叭天线5 (虚 线框包含部分)，喇叭天线5的长度为50毫米，张口为14毫米，形成基 片集成波导6和扇形喇叭天线5的各边上的金属化通孔的孔间距均为1.5 毫米。在扇形喇叭5区域内沿着其中轴线上贯穿上金属层2、介质基片10 和下金属层9开有四个用于调节阻抗匹配和形成滤波功能的微扰金属化通 孔4。四个微扰金属化通孔4的直径分别为0.8毫米、2毫米、2毫米和2毫米，最靠近扇形喇叭的输入端直径为0.8毫米的微扰金属化通孔和扇形喇叭的起始端的距离为10.1毫米。四个微扰金属化通孔4间的间距依次 为5.72毫米、6.52毫米和7.1毫米。该包含滤波器功能的H面扇形喇叭天线的具体制造过程为首先选 取对应参数的基片，在基片的上金属层蚀刻出用于馈电的微带线和微带形 式的梯形转换器将其与基片集成波导转接。再在基片以均匀的间隔打一系 列金属化通孔，分别构成馈电的基片集成波导和等效的H面扇形喇叭天 线。选择合适的孔径和孔间距，避免波导和喇叭内的能量向外泄露。最后 在等效H面扇形喇叭天线的内部合适位置打四个不同尺寸的金属化通 孔。这样就完整地构成了集成滤波器和H面扇形喇叭天线的双功能集成 模块。这种新型模块既保留了感性金属柱金属波导滤波器的滤波特性，也 同时保留了 H面扇形金属喇叭天线的高定向性高增益等的辐射特性。选 择合适直径和合适间距的感性金属通孔，可方便地调节这种双功能模块的 工作频率。整个模块完全可由普通的PCB工艺实现，能与系统完全无缝 集成，制作简单，成本低廉。图4到图6为该H面扇形喇叭天线天线性能的测试结果。图4仿真测 试结果表明该天线在中心频率为18.5GHz的工作频带内能够有效地辐射能 量。图5 6的方向图测试结果表面在工作频率18.5GHz时该天线在E面 具有全向辐射的特性，在H面内都呈现良好的定向辐射特性。
权利要求1、一种包含滤波器功能的H面扇形喇叭天线，包括介质基片，其特征在于介质基片的两面镀有金属层，分别是上金属层和下金属层；上金属层蚀刻有用于馈电的微带线和微带形式的梯形转换器，梯形转换器的输出端与构成基片集成波导的上金属层相连，输入端向外延伸，作为微带线；贯穿上金属层、介质基片和下金属层开有多个金属化通孔，包括构成基片集成波导的两行平行设置的平行金属化通孔，和构成扇形喇叭天线的两行逐渐张开的渐变金属化通孔；构成基片集成波导的相邻的平行金属化通孔的孔间距相同，构成扇形喇叭天线的相邻的渐变金属化通孔的孔间距相同，扇形喇叭天线输入端的渐变金属化通孔与平行金属化通孔位置对应；在扇形喇叭天线区域的中轴线上设置有贯穿上金属层、介质基片和下金属层的四个内壁镀有金属的微扰金属化通孔。
专利摘要本实用新型涉及一种包含滤波器功能的H面扇形喇叭天线。已有喇叭天线体积大、无法平面集成、加工成本高。本实用新型在介质基片的两面镀有金属层，上金属层蚀刻用于馈电的微带线和微带转换器。贯穿上金属层、介质基片和下金属层开有排列为圆形的多个金属化通孔。在H面扇形喇叭张口区域内中轴线上贯穿整个基片开有四个微扰金属化通孔，用于调节阻抗匹配和形成滤波功能。本实用新型采用基片集成波导技术在普通的介质基片上实现了等效于传统金属H面扇形喇叭天线的功能，同时成功的集成了传统感性金属柱波导滤波器的滤波功能。该双功能集成模块体积非常紧凑，整个结构可由低成本PCB工艺制作，可以与系统实现无缝集成。
文档编号H01Q13/08GK201117818SQ200720191630
公开日2008年9月17日 申请日期2007年11月12日 优先权日2007年11月12日
发明者孙玲玲, 罗国清 申请人:杭州电子科技大学