集成濾波功能的差分準八木天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成濾波功能的差分準八木天線，所述集成濾波功能的差分準八木天線包括基板，所述基板包括由微波介質(zhì)基片構(gòu)成的上層和下層，以及由半固化片構(gòu)成的中間層；所述集成濾波功能的差分準八木天線還包括：引向器(11)、輻射單元(12)和反射器(13)、濾波器(14)和過渡結(jié)構(gòu)(15)。實施本發(fā)明的有益效果是，在不增加天線原始尺寸的情況下，集濾波與輻射于一體；結(jié)構(gòu)緊湊；具有較好的交叉極化和較低的損耗。
【專利說明】集成濾波功能的差分準八木天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天線領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種集成濾波功能的差分準八木天線。
【背景技術(shù)】
[0002]在當今大部分的射頻前端系統(tǒng)中，天線和濾波器都是作為相互獨立的器件工作的。由于對無源器件緊湊型結(jié)構(gòu)以及低成本的要求在不斷的增加，將濾波器集成到天線上將是一種很有效的方法，這種方法不僅實現(xiàn)了微波器件的小型化還同時提高了單獨微波器件的性能。因此，一種能夠同時具有濾波和輻射性能的緊湊型濾波天線對于當今的射頻系統(tǒng)顯得尤為重要。
[0003]在天線上集成濾波器是為了在不改變天線的本身尺寸的情況下使得其具備比較好的頻率選擇性，這樣一定程度上提高了系統(tǒng)的集成度?，F(xiàn)有的濾波天線，大多是單端的，有的直接將天線與濾波器相連，這樣通常會導致阻抗的失配和整體性能變差。為了克服這個問題，有的天線在電路中添加一段額外的阻抗轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)，但這樣會使得整體的尺寸變大。此外，也有一些濾波天線是通過聯(lián)合設(shè)計天線和濾波器實現(xiàn)的。但這種方式還是增加了原天線的尺寸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述濾波天線尺寸較大、結(jié)構(gòu)不夠緊湊的缺陷，提供一種集成濾波功能的差分準八木天線。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種集成濾波功能的差分準八木天線，包括基板，所述基板包括由微波介質(zhì)基片構(gòu)成的上層和下層，以及由半固化片構(gòu)成的中間層；
[0006]所述集成濾波功能的差分準八木天線還包括:引向器、輻射單元、反射器、濾波器和過渡結(jié)構(gòu)；
[0007]其中，引向器印制在所述基板的上層；
[0008]輻射單元包括分別印制在所述基板上層和下層的第一金屬部和第二金屬部；
[0009]反射器印制在所述基板的中間層；
[0010]濾波器安插在輻射單元與反射器之間；
[0011]所述濾波器包括兩個均含有通孔的第一諧振器和第二諧振器；通孔貫穿所述基板上層和下層的微波介質(zhì)基片以及中間層的半固化片；第一諧振器包括分別印制在所述基板的上層和下層的第三金屬部和第四金屬部；第二諧振器包括分別印制在所述基板的上層和下層的第五金屬部和第六金屬部；第一諧振器的第三金屬部和第四金屬部通過通孔連接，以實現(xiàn)短路；第二諧振器的第五金屬部和第六金屬部通過通孔連接，以實現(xiàn)短路；
[0012]所述第二諧振器的饋電點通過平行帶線與輻射單元的饋電點連接；
[0013]所述過渡結(jié)構(gòu)與所述第一諧振器連接，以將平行帶線上的信號過渡到第二微帶線上；[0014]所述過渡結(jié)構(gòu)包括分別印制在所述基板上層和下層的第七金屬部和第八金屬部。
[0015]在一個實施例中，所述濾波器為帶通濾波器。
[0016]在一個實施例中，所述第一諧振器和第二諧振器均為四分之一波長的平行帶線形式的短路諧振器，且均為單一阻抗諧振器。
[0017]在一個實施例中，所述第二微帶線為背靠背的微帶線對，其包括分別印制在所述基板上層和下層的第九金屬部和第十金屬部，以及印制在基板中間層的第十一金屬部。
[0018]在一個實施例中，所述引向器的長度等于為天線中心頻率上的二分之一波長；所述輻射單元與反射器之間的距離為四分之一波長。
[0019]在一個實施例中，所述引向器、輻射單元和反射器構(gòu)成原始的準八木天線。
[0020]在一個實施例中，所述濾波器的中心頻率為1.81GHz，相對帶寬為5%。
[0021]在一個實施例中，引向器的長度Ldir為50mm，輻射單元的長度Ldri為34mm，引向器與輻射單元之間的距離Ltl為25mm，輻射單元與反射器之間的距離L1為30mm，第二諧振器與輻射單元的距離L2為12.6mm,第二諧振器的饋電點與輻射單元的饋電點之間的連接平行帶線的長度L3為18.3mm,引向器的寬度Wdir為2mm,福射單元的寬度Wdri為2mm,反射器的寬度Wgnd為30_，第二諧振器的饋電點與輻射單元的饋電點之間的連接平行帶線的寬度Wtl為0.6mm,諧振器和諧振器之間的距離g為1.57mm,第一諧振器的饋電點距第一諧振器左端的距離Dtl為2mm，第二諧振器的饋電點距第二諧振器142右端的距離D1為6mm。
[0022]在一個實施例中，第二微帶線遠離第一諧振器的一端連接有兩條微帶線，以和SMA接頭連接；兩條微帶線的寬度分別為1.74mm和1.8_。
[0023]在一個實施例中，半固化片的介電常數(shù)與微波介質(zhì)基片的介電常數(shù)不同。
[0024]實施本發(fā)明的集成濾波功能的差分準八木天線，具有以下有益效果:在不增加天線原始尺寸的情況下，集濾波與輻射于一體；結(jié)構(gòu)緊湊；具有較好的交叉極化和較低的損耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0026]圖1是本發(fā)明一實施例中的集成濾波功能的差分準八木天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明一實施例中的準八木天線的俯視視角的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明一實施例中的帶通濾波器的俯視視角的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4是本發(fā)明一實施例中的集成濾波功能的差分準八木天線的交叉極化的最大值以及增益隨著天線的輻射單元與濾波器之間距離的變化趨勢對比圖；
[0030]圖5是本發(fā)明一實施例中的集成濾波功能的差分準八木天線在E面上的交叉極化隨著濾波器的中心與天線輻射單元的中心的相對距離變化的趨勢對比圖；
[0031]圖6是本發(fā)明一實施例中的集成濾波功能的差分準八木天線在A點和B點的輸入阻抗隨著L3的變化的趨勢對比圖；
[0032]圖7是本發(fā)明一實施例中的集成濾波功能的差分準八木天線的回波損耗隨著D1的的變化的趨勢對比圖；
[0033]圖8是本發(fā)明一實施例中的集成濾波功能的差分準八木天線的回波損耗和實際增益的仿真和實測對比圖；[0034]圖9是本發(fā)明一實施例中的集成濾波功能的差分準八木天線在1.81GHz頻率上的E面上的輻射方向圖的仿真和實測對比圖；
[0035]圖10是本發(fā)明一實施例中的集成濾波功能的差分準八木天線在1.81GHz頻率上的H面上的輻射方向圖的仿真和實測對比圖。
【具體實施方式】
[0036]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0037]參見圖1是本發(fā)明實施例的集成濾波功能的差分準八木天線的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實施例的集成濾波功能的差分準八木天線為三層電路結(jié)構(gòu)。具體的，本發(fā)明實施例的集成濾波功能的差分準八木天線包括基板，該基板包括微波介質(zhì)基片構(gòu)成的上層I和下層3，以及由半固化片構(gòu)成的中間層2。半固化片用于粘合兩層微波介質(zhì)基片。半固化片的介電常數(shù)與微波介質(zhì)基片的介電常數(shù)不同。圖1中Ii1為微波介質(zhì)基片的厚度即基板的上層和下層的厚度，h2為半固化片的厚度即中間層的厚度。
[0038]本發(fā)明實施例的集成濾波功能的差分準八木天線包括:準八木天線、濾波器14和過渡結(jié)構(gòu)15。準八木天線包括:引向器11、輻射單元12和反射器13 (金屬地，在本發(fā)明的實施例中，金屬地 在作為天線的反射器的同時也作為背靠背差分微帶對的地)。其中，引向器11印制在基板的上層I。輻射單元12包括分別印制在基板上層I和下層3的第一金屬部和第二金屬部(由于采用平行帶線傳輸差分信號，而平行帶線是上下層分布的，因此輻射單元12被分為分別印制在基板上層I和下層3的第一金屬部和第二金屬部)。反射器13印制在基板的中間層2。濾波器14安插在輻射單元12與反射器13之間。
[0039]具體的，濾波器14為帶通濾波器，其包括兩個諧振器(141、142)。該兩個諧振器(141,142)均為四分之一波長的平行帶線形式的短路諧振器，且均為單一阻抗諧振器，它們都含有通孔4。通孔4貫穿上層1、中間層2和下層3(即貫穿基板的半固化片和兩層微波介質(zhì)基片)。諧振器141包括分別印制在基板的上層I和下層3的第三金屬部和第四金屬部。諧振器142包括分別印制在基板的上層I和下層3的第五金屬部和第六金屬部。諧振器141的第三金屬部和第四金屬部通過通孔4連接，以實現(xiàn)短路；諧振器142的第五金屬部和第六金屬部通過通孔4連接，以實現(xiàn)短路。
[0040]過渡結(jié)構(gòu)15與諧振器141的饋電點連接，以將平行帶線上的信號過渡為背靠背的第二微帶線5上的信號。然后，再利用一對背靠背的微帶線來進行差分饋電。具體的，過渡結(jié)構(gòu)15分別印制在基板上層I和下層3的第七金屬部和第八金屬部。諧振器142的饋電點通過平行帶線6與輻射單元12的饋電點121連接；諧振器141的饋電點與一對背靠背的第二微帶線5連接，第二微帶線5遠離第一諧振器141的一端連接有兩條微帶線，以和SMA接頭連接。第二微帶線為背靠背的微帶線對，其包括分別印制在基板上層I和下層3的第九金屬部和第十金屬部，以及印制在基板中間層2的第^ 金屬部。
[0041]本發(fā)明實施例的集成濾波功能的差分準八木天線，在原始的準八木天線的基礎(chǔ)上，設(shè)計一個負載為100歐姆的帶通濾波器，再將濾波器和天線在一起聯(lián)合設(shè)計，在設(shè)計過程中，需要同時考慮該集成濾波功能的差分準八木天線的電路性能和輻射性能。本發(fā)明實施例的集成濾波功能的差分準八木天線在不增加原始準八木天線的尺寸和不改變原始準八木天線輻射性能的基礎(chǔ)上，能夠獲得更好的頻率選擇性。
[0042]在本發(fā)明的實施例中對引向器的個數(shù)不作限制。
[0043]在本發(fā)明的實施例中，集成濾波功能的差分準八木天線的各部分印制在基板的各層，并根據(jù)天線的設(shè)計標準需要對其位置進行固定。以下將結(jié)合一個具體的設(shè)計標準對集成濾波功能的差分準八木天線的各部分的位置關(guān)系進行說明。
[0044]參見圖2，假設(shè)集成濾波功能的差分準八木天線的中心頻率為&(即濾波器14的中心頻率)，波長λ = CfdC為3X108m/s)。則引向器11的長度Ldir近似等于二分之一波長，輻射單元12的長度Ldri等于四分之一波長(輻射單元12的兩金屬部的長度和近似等于二分之一波長)，反射器13的長度近似等于二分之一波長，輻射單元12與反射器13之間的距離L1近似等于四分之一波長。
[0045]參見圖3，本發(fā)明實施例的集成濾波功能的差分準八木天線中，濾波器14(為帶通濾波器)是利用平行帶線實現(xiàn)的，其兩個一端短路的諧振器(141、142)是由位于上層和下層的金屬和用于連接上層和下層的金屬的通孔構(gòu)成。在濾波器14的設(shè)計標準(中心頻率和相對帶寬)確定后，根據(jù)該設(shè)計標準，可獲取濾波器14 (結(jié)構(gòu)對稱的帶通濾波器)的耦合矩陣。根據(jù)耦合矩陣，濾波器14的外部品質(zhì)因數(shù)(Qe)和耦合系數(shù)(k12)可通過式⑴和式
(2)確定:
【權(quán)利要求】
1.一種集成濾波功能的差分準八木天線，包括基板，其特征在于，所述基板包括由微波介質(zhì)基片構(gòu)成的上層和下層，以及由半固化片構(gòu)成的中間層； 所述集成濾波功能的差分準八木天線還包括:引向器(11)、輻射單元(12)、反射器(13)、濾波器(14)和過渡結(jié)構(gòu)(15)； 其中，引向器(11)印制在所述基板的上層； 輻射單元(12)包括分別印制在所述基板上層和下層的第一金屬部和第二金屬部； 反射器(13)印制在所述基板的中間層； 濾波器(14)安插在輻射單元(12)與反射器(13)之間； 所述濾波器(14)包括兩個均含有通孔的第一諧振器(141)和第二諧振器(142);通孔貫穿所述基板上層和下層的微波介質(zhì)基片以及中間層的半固化片；第一諧振器(141)包括分別印制在所述基板的上層和下層的第三金屬部和第四金屬部；第二諧振器(142)包括分別印制在所述基板的上層和下層的第五金屬部和第六金屬部；第一諧振器(141)的第三金屬部和第四金屬部通過通孔連接，以實現(xiàn)短路；第二諧振器(142)的第五金屬部和第六金屬部通過通孔連接，以實現(xiàn)短路； 所述第二諧振器(142)的饋電點通過平行帶線(6)與輻射單元(12)的饋電點連接；所述過渡結(jié)構(gòu)(15)與所述第一諧振器(141)連接，以將平行帶線上的信號過渡到第二微帶線(5)上； 所述過渡結(jié)構(gòu)(15)包括分別印制在所述基板上層和下層的第七金屬部和第八金屬部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成濾波功能的差分準八木天線，其特征在于，所述濾波器(14)為帶通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成濾波功能的差分準八木天線，其特征在于，所述第一諧振器(141)和第二諧振器(142)均為四分之一波長的平行帶線形式的短路諧振器，且均為單一阻抗諧振器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成濾波功能的差分準八木天線，其特征在于，所述第二微帶線為背靠背的微帶線對，其包括分別印制在所述基板上層和下層的第九金屬部和第十金屬部，以及印制在基板中間層的第i 金屬部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成濾波功能的差分準八木天線，其特征在于，所述引向器(11)的長度等于天線中心頻率上的二分之一波長；所述輻射單元(12)與反射器(13)之間的距離為四分之一波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成濾波功能的差分準八木天線，其特征在于，所述引向器(11)、輻射單元(12)和反射器(13)構(gòu)成原始的準八木天線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成濾波功能的差分準八木天線，其特征在于，所述濾波器(14)的中心頻率為1.81GHz，相對帶寬為5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成濾波功能的差分準八木天線，其特征在于，引向器(11)的長度Ldir為50mm，輻射單元(12)的長度Ldri為34mm，引向器(11)與輻射單元(12)之間的距離Ltl為25mm，輻射單元(12)與反射器(13)之間的距離L1為30mm，第二諧振器(142)與輻射單元(12)的距離L2為12.6mm,第二諧振器(142)的饋電點與輻射單元(12)的饋電點之間的連接平行帶線(6)的長度L3S 18.3mm，引向器(11)的寬度Wdir為2mm，輻射單元(12)的寬度Wdri為2mm，反射器(13)的寬度Wgnd為30mm，第二諧振器(142)的饋電點與輻射單元(12)的饋電點之間的連接平行帶線(6)的寬度Wtl為0.6mm，諧振器(141)和諧振器(142)之間的距離g為1.57mm，第一諧振器(141)的饋電點距第一諧振器(141)左端的距離Dtl為2mm，第二諧振器(142)的饋電點距第二諧振器142右端的距離D1為 6mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成濾波功能的差分準八木天線，其特征在于，第二微帶線(5)遠離第一諧振器(141)的一端連接有兩條微帶線，以和SMA接頭連接；兩條微帶線的寬度分別為1.74mm和1.8mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成濾波功能的差分準八木天線，其特征在于，半固化片的介電常數(shù)與微波介質(zhì) 基片的介電常數(shù)不同。
【文檔編號】H01Q1/00GK103956569SQ201410167132
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】施金, 吳旭, 陳建新, 唐慧, 周立衡, 褚慧, 包志華 申請人:南通大學