[发明专利]垂直极化全向印刷滤波天线

说明书

技术领域

本发明属于通信技术应用领域，具体涉及一种垂直极化全向印刷滤波天线。

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，其中全向天线具有各向辐射特性相似的特点。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、全向辐射、易制作、易集成的天线成为新的研究 热点之一。

垂直极化全向辐射单元可以采用偶极子实现，单个偶极子辐射增益有限，可 以采用串馈阵列或者并馈阵列提高辐射增益。但是在较高频段，非平面结构的偶 极子在加工方面难度高、复杂度高。平面结构的偶极子阵列需采用功率分配器进 行馈电，同一个阵列中的辐射单元数目越多，馈电网络就越复杂。同时，随着频 率的提高，比如在Ku波段，复杂的馈电网络又会带来损耗大，寄生辐射强等问 题。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种垂直 极化全向印刷滤波天线，该天线易于制作、加工精度高，在较高频率，例如Ku 波段(12.4GHz-18GHz)，尤其适用。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种垂直极化全 向印刷滤波天线，具有垂直极化全向辐射特性。滤波天线的辐射单元采用串馈微 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全向辐射特性，并且交 叉极化特性良好。滤波天线的滤波器部分采用SIW(Substrate Integrated  Waveguide，基片集成波导)感性窗口滤波器。辐射单元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 对工作频带外信号具有良好的抑制效果。

具有垂直极化全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，背面是下表面金属层，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谐振腔；SIW传输线通过渐变型印刷平行双线和串 馈微带贴片阵列连接；串馈微带贴片阵列的金属贴片交叉地印刷在介质层的上表 面和下表面；同表面的相邻金属贴片由金属连接线连接。

有益效果：本发明基于印刷PCB工艺，采用具有垂直极化全向辐射特性的辐 射单元和基于SIW技术的滤波器结构，设计出垂直极化全向印刷滤波天线。SIW 感性窗口滤波器和辐射单元协同工作，只有通过SIW滤波器的信号才能激励辐射 单元。SIW感性窗口滤波器作为射频前端滤波器和辐射单元直接相连，可以避免 通用的电缆连接带来的损耗。

SIW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。整个垂直极化全向印刷滤波天 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全向印刷滤波天 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。

垂直极化全向印刷滤波天线，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 直极化全向辐射特性，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；全向天线具有各向辐射相似的特点；改变金属贴片数目，可改变 天线增益，简单易行。

垂直极化全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基板(即介质层)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 极化全向印刷滤波天线，寄生辐射弱、交叉极化特性良好。

附图说明

图1(a)为串馈印刷微带贴片天线上表面金属层结构示意图；

图1(b)为串馈印刷微带贴片天线下表面金属层结构示意图；