一種串饋并饋結(jié)合的濾波微帶陣列天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微帶天線的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種串饋并饋結(jié)合的濾波微帶陣列天線。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾十年來，隨著信息與電子技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新技術(shù)和發(fā)明層出不窮，其中微波集成電路和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，促使現(xiàn)代雷達(dá)、遙測(cè)技術(shù)、衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、電子對(duì)抗等領(lǐng)域的電子設(shè)備朝著小型化、多功能化、處理信息智能化的方向發(fā)展。人們?cè)诜秶邢薜钠脚_(tái)上集成了越來越多的滿足不同要求的電子設(shè)備及其與之配套的各種天線，希望用更少的器件來實(shí)現(xiàn)更多的功能。
[0003]天線和射頻/微波濾波器作為通信中的關(guān)鍵器件，通常是獨(dú)立設(shè)計(jì)，通過傳輸線連接，濾波器是按端口阻抗50歐姆設(shè)計(jì)的，然后通過傳輸線連到天線，然而天線和濾波器由于帶寬的不同，它們的輸入阻抗通常不能完全匹配，這將影響頻率特性。如果進(jìn)行單獨(dú)的匹配設(shè)計(jì)，這樣將導(dǎo)致設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，而且匹配電路也會(huì)造成器件的尺寸增加。
[0004]因此一體化集成設(shè)計(jì)的濾波天線必定存在廣闊的應(yīng)用前景。集成的濾波天線能同時(shí)具備濾波和輻射兩個(gè)功能，在通帶不僅具有良好的輻射特性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)高選擇性的增益，較以往天線有著巨大的優(yōu)勢(shì)。由于集成濾波天線實(shí)現(xiàn)濾波和輻射雙重功能，它們必將會(huì)降低通信設(shè)備體積和成本，有利于射頻前端的小型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有微帶陣列天線缺乏良好濾波特性和占用較大尺寸的缺陷，提供了一種串饋并饋結(jié)合的濾波微帶陣列天線，具有高選擇性、高帶外抑制、尺寸小、重量輕以及易于加工制作等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種串饋并饋結(jié)合的濾波微帶陣列天線，包括板狀電介質(zhì)基板、在基板上表面由金屬箔形成的微帶結(jié)構(gòu)、在基板下表面由金屬箔形成的地;所述微帶結(jié)構(gòu)包括端口結(jié)構(gòu)、諧振器以及串饋貼片陣列，所述端口結(jié)構(gòu)與諧振器通過縫隙耦合的方式饋電，所述諧振器與串饋貼片陣列的能量傳輸通過縫隙耦合的方式實(shí)現(xiàn);所述串饋貼片陣列中的每個(gè)串饋貼片均由兩個(gè)起輻射作用的貼片單元，分別為第一貼片單元和第二貼片單元，以及起能量傳輸作用的第一傳輸線和起能量接收作用的第二傳輸線組成;每個(gè)貼片單元均形成有一個(gè)凹槽，其中第一貼片單元中的凹槽能夠控制傳輸?shù)降诙N片單元的能量大小，第二貼片單元中的凹槽起阻抗匹配的作用，每個(gè)串饋貼片中的兩個(gè)貼片單元的凹槽槽口相向?qū)χ?，且它們之間連接有第一傳輸線，所述第一傳輸線的長度為半波長，目的是將兩個(gè)貼片單元的相位差控制在180度，所述第二傳輸線與第一貼片單元連接。
[0007]所述第一貼片單元和第二貼片單元的輻射強(qiáng)度相同。
[0008]所述第二傳輸線接于第一貼片單元相對(duì)凹槽的另一邊。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0010]1、本濾波微帶陣列天線在沒有級(jí)聯(lián)濾波器的情況下具有很好的濾波特性。
[0011]2、本濾波微帶陣列天線采用串饋并饋結(jié)合的方式，提高空間利用性，減少了天線整體尺寸。
[0012]3、本濾波微帶陣列天線易于加工制造，成本低，平面結(jié)構(gòu)易于集成，適用于多種通信系統(tǒng)中。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明天線的豎截面剖視圖。
[0014]圖2為本發(fā)明天線的微帶結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明天線其中一串饋貼片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明天線的|Sll|與增益仿真結(jié)果示意圖。
[0017]圖5為本發(fā)明天線在中心頻率處Η面方向圖仿真結(jié)果示意圖。
[0018]圖6為本發(fā)明天線在中心頻率處Ε面主極化方向圖仿真結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0020]本發(fā)明的濾波微帶陣列天線整體制作在雙面覆銅的介質(zhì)基板上，使用機(jī)械刻制、激光刻制、電路板腐蝕等技術(shù)均可容易地制作。本發(fā)明的核心內(nèi)容在于串饋貼片陣列采用并饋的方式饋電，同時(shí)并饋網(wǎng)絡(luò)以一個(gè)諧振器來實(shí)現(xiàn)，諧振器與端口以及串饋貼片陣列間都以縫隙耦合的方式來傳輸能量，總體達(dá)到小型化以及具有濾波效果的目的。
[0021]本發(fā)明的濾波微帶陣列天線以印刷電路板的方式制作在介電常數(shù)為2.55，厚度為
0.8mm的聚四氟乙烯雙面覆銅微帶板上，結(jié)構(gòu)如圖1、2、3所示，所述的濾波微帶陣列天線包括板狀電介質(zhì)基板1、在基板1上表面由金屬箔形成的微帶結(jié)構(gòu)2、在基板1下表面由金屬箔形成的地3。所述微帶結(jié)構(gòu)2包括端口結(jié)構(gòu)211、諧振器221以及串饋貼片陣列231-234。所述端口結(jié)構(gòu)211與諧振器221通過縫隙耦合的方式饋電，合理設(shè)計(jì)諧振器221，使其工作在諧振模式。所述諧振器221與串饋貼片陣列231-234的能量傳輸通過縫隙耦合的方式實(shí)現(xiàn)。所述串饋貼片陣列231-234中的每個(gè)串饋貼片均由兩個(gè)起輻射作用的貼片單元，分別為第一貼片單元2312和第二貼片單元2314，以及起能量傳輸作用的第一傳輸線2313和起能量接收作用的第二傳輸線2311組成;每個(gè)貼片單元均形成有一個(gè)凹槽，其中第一貼片單元2312中的凹槽能夠控制傳輸?shù)降诙N片單元2314的能量大小，合理設(shè)計(jì)使兩個(gè)貼片單元的輻射強(qiáng)度相當(dāng)，而第二貼片單元2314中的凹槽起阻抗匹配的作用，每個(gè)串饋貼片中的兩個(gè)貼片單元的凹槽槽口相向?qū)χ茫宜鼈冎g連接有第一傳輸線2313，所述第一傳輸線2313的長度為半波長，目的是將第一貼片單元2312和第二貼片單元2314的相位差控制在180度，所述第二傳輸線2311接于第一貼片單元2312相對(duì)凹槽的另一邊。
[0022]整個(gè)天線的工作方式是電磁信號(hào)從端口結(jié)構(gòu)211饋電處輸入，能量耦合到諧振器221，再由諧振器221耦合到串饋貼片陣列231-234，最后經(jīng)由串饋貼片陣列231-234輻射出去，接收信號(hào)的方式則相反。
[0023]圖4為本實(shí)施例天線的ISll|與增益仿真結(jié)果示意圖，該天線10dB反射損耗范圍為3.46GHz到3.54GHz，相對(duì)帶寬約為2.3 %。天線工作范圍內(nèi)平均增益為11.7dBi左右，最大增益為12.ldBi。由圖可見，不管是S曲線還是增益曲線，天線由通帶到阻帶的過渡都非常陡峭，增益曲線中，帶外抑制也非常強(qiáng)，雖然存在兩個(gè)小輻射峰，但其增益一個(gè)在1.3dBi以下，另一個(gè)在-5dBi以下，都已經(jīng)被大大地抑制。需要注意，這兩個(gè)小輻射峰是串饋貼片陣列的寄生模引起的，這在傳統(tǒng)串饋貼片陣列中普遍存在，而如果天線整體沒有濾波效果，這些輻射峰強(qiáng)度更強(qiáng)?？梢姡咎炀€具有高選擇性、高帶外抑制性等優(yōu)點(diǎn)。
[0024]圖5和圖6分別為本實(shí)施例天線的中心頻率處Η面方向圖仿真結(jié)果示意圖以及E面主極化方向圖仿真結(jié)果示意圖。由圖可見，天線Η面主極化的副瓣電平小于_12dB，交叉極化小于-23dB，-3dB主瓣寬度為23.2度上面交叉極化小于_80dB，因此E面方向圖只給出了主極化。兩個(gè)方向圖都只給出了-90度到+90度的區(qū)域，這是因?yàn)榉抡娌捎玫氖荌E3D軟件，軟件中地板被設(shè)置為無限大。可見，天線具有低副瓣、低交叉極化等優(yōu)點(diǎn)。
[0025]以上所述之實(shí)施例子只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種串饋并饋結(jié)合的濾波微帶陣列天線，其特征在于:包括板狀電介質(zhì)基板、在基板上表面由金屬箔形成的微帶結(jié)構(gòu)、在基板下表面由金屬箔形成的地;所述微帶結(jié)構(gòu)包括端口結(jié)構(gòu)、諧振器以及串饋貼片陣列，所述端口結(jié)構(gòu)與諧振器通過縫隙耦合的方式饋電，所述諧振器與串饋貼片陣列的能量傳輸通過縫隙耦合的方式實(shí)現(xiàn);所述串饋貼片陣列中的每個(gè)串饋貼片均由兩個(gè)起輻射作用的貼片單元，分別為第一貼片單元和第二貼片單元，以及起能量傳輸作用的第一傳輸線和起能量接收作用的第二傳輸線組成;每個(gè)貼片單元均形成有一個(gè)凹槽，其中第一貼片單元中的凹槽能夠控制傳輸?shù)降诙N片單元的能量大小，第二貼片單元中的凹槽起阻抗匹配的作用，每個(gè)串饋貼片中的兩個(gè)貼片單元的凹槽槽口相向?qū)χ茫宜鼈冎g連接有第一傳輸線，所述第一傳輸線的長度為半波長，目的是將兩個(gè)貼片單元的相位差控制在180度，所述第二傳輸線與第一貼片單元連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串饋并饋結(jié)合的濾波微帶陣列天線，其特征在于:所述第一貼片單元和第二貼片單元的輻射強(qiáng)度相同。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串饋并饋結(jié)合的濾波微帶陣列天線，其特征在于:所述第二傳輸線接于第一貼片單元相對(duì)凹槽的另一邊。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種串饋并饋結(jié)合的濾波微帶陣列天線，包括板狀電介質(zhì)基板、在基板上表面由金屬箔形成的微帶結(jié)構(gòu)、在基板下表面由金屬箔形成的地；微帶結(jié)構(gòu)包括端口結(jié)構(gòu)、諧振器以及串饋貼片陣列，端口結(jié)構(gòu)與諧振器通過縫隙耦合的方式饋電，所述諧振器與串饋貼片陣列的能量傳輸通過縫隙耦合的方式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的核心內(nèi)容在于串饋貼片陣列采用并饋的方式饋電，同時(shí)并饋網(wǎng)絡(luò)以一個(gè)諧振器來實(shí)現(xiàn)，諧振器與端口以及串饋貼片陣列間都以縫隙耦合的方式來傳輸能量，總體達(dá)到小型化以及具有濾波效果的目的。總之，本發(fā)明天線具有高選擇性、高帶外抑制、尺寸小等特性，還具有結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制造、成本低、易于集成等特點(diǎn)。
【IPC分類】H01Q21/28, H01Q23/00
【公開號(hào)】CN105490036
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610013467
【發(fā)明人】陳付昌, 胡豪濤
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2016年1月7日