用于頻分復用系統的基片集成波導濾波天線技術方案

本發明專利技術是一種用于頻分復用系統的基片集成波導濾波天線，該天線為三層結構，中間是介質層，正面是上金屬層，背面是下金屬層，外形為長方形；在上金屬層的一端連接有微帶漸變線（2），通過微帶漸變線（2）的另一端與微帶線（1）相連接；在上金屬層與下金屬層之間穿過介質層連接有金屬化通孔（3），該金屬化通孔（3）沿該天線周邊設置，在微帶漸變線（2）的一側不設置金屬化通孔（3）；在金屬化通孔（3）圍成的區域內靠近微帶漸變線（2）的一段為SIW濾波器（5），在SIW濾波器（5）中設有由金屬化通孔（3）構成的SIW感性窗口濾波器的耦合窗口；在金屬化通孔（3）圍成的區域內的另一段為SIW縫隙輻射單元（4），在SIW縫隙輻射單元（4）中，沿該濾波天線的中心線兩側交替設有縫隙槽。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于通信技術應用領域，具體涉及一種用于FDD (頻分復用)系統的收、發通 道天線。基片集成波導濾波天線，基于基片集成波導(Substrate Integrated Waveguide, SIW)技術，將SIW濾波器與SIW縫隙輻射單元聯合設計，可以很好的濾除工作頻帶外雜散信 號。工作在相鄰頻率的SIW濾波天線，具有良好的隔離度，可以用于FDD系統的收、發通道 天線。
技術介紹
近年來，無線通信技術得到了快速發展并獲得了廣泛應用。越來越多的通信系統 要求低成本、易制作、易于和其它微波射頻平面電路集成的天線。高頻段、全向輻射、易制 作、易集成的天線是目前的研究熱點之一。基片集成波導作為一種平面電路，具有結構封 閉，損耗小、寄生輻射弱的特點，適合高頻段通信系統。常見的輻射振子，如偶極子單元，單個輻射單元的增益有限，為提高輻射增益，可 將多個輻射單元組成陣列，但同一個陣列中的輻射單元數目越多，饋電網絡就越復雜。隨著 頻率的提高，比如在Ku波段，復雜的饋電網絡又會帶來損耗大，寄生輻射強等問題。SIff縫隙輻射單元，是在SIW表面金屬上開縫，形成輻射單元，可在一個SIW上，將 多個縫隙組成陣列，無需添加額外的功率分配電路，即可有效地提高天線的輻射增益，它損 耗小、寄生輻射弱、制作簡單、成本低廉，具有實際的應用價值，特別適合高頻段通信系統。FDD系統(頻分復用系統，接收和發送信道工作在不同頻率)中，射頻電路通過雙工 器和天線連接，用來隔離收、發通道信號，天線和雙工器分開設計、再集成，二者間需要加入 連接線，這些連接線會給整個系統帶來不同程度的損耗、降低天線的工作效率。
技術實現思路
技術問題本專利技術提出一種用于頻分復用系統的基片集成波導濾波天線，該天 線工作在Ku波段、可用于FDD系統。技術方案本專利技術中用于FDD系統收、發通道的SIW濾波天線系統，工作在Ku波 段。單個天線的輻射部分采用SIW縫隙作為輻射單元，多個SIW縫隙組合形成陣列，以提高 天線輻射增益。單個天線的濾波器部分采用SIW濾波器。SIW濾波天線對于工作頻帶外信 號具有良好的抑制效果，工作在相鄰頻率的SIW濾波天線將具有良好的隔離性能，可用作 FDD系統的收、發通道天線。基于SIW技術的濾波天線是一種平面結構，可將工作在相鄰頻 帶的SIW濾波天線集成、制作在同一塊介質板上，實現收、發天線的集成。用于頻分復用系統的基片集成波導濾波天線為三層結構，中間是介質層，正面是 上金屬層，背面是下金屬層，外形為長方形；在上金屬層的一端連接有微帶漸變線，通過微 帶漸變線的另一端與微帶線相連接；在上金屬層與下金屬層之間穿過介質層連接有金屬化 通孔，該金屬化通孔沿該天線周邊設置，在微帶漸變線的一側不設置金屬化通孔；在金屬化 通孔圍成的區域內靠近微帶漸變線的一段為SIW濾波器，在SIW濾波器中設有由金屬化通孔構成的SIW感性窗口濾波器的耦合窗口 ；在金屬化通孔圍成的區域內的另一段為SIW縫 隙輻射單元，在SIW縫隙輻射單元中，沿該濾波天線的中心線兩側交替設有縫隙槽。SIff感性窗口濾波器的耦合窗口的第一個寬度是FW1，第二個寬度是FW2，第三個 寬度是FW2，第四個寬度是FW1，SIW感性窗口濾波器的耦合窗口的第一個長度是FL0，第二 個長度是FLl，第三個長度是FL2。基于SIW技術的濾波器和SIW縫隙輻射單元集成在一個SIW傳輸線內串聯工作。 采用2個或2個以上的所述天線組成濾波天線陣列。有益效果本專利技術基于SIW技術的濾波器和SIW縫隙輻射陣列的聯合設計，將 SIW濾波器和SIW縫隙輻射單元集成在同一個SIW中，設計出SIW濾波天線。SIW濾波器和 SIff輻射單元協同工作，只有通過SIW濾波器的信號才能激勵SIW輻射單元。SIW損耗小、 寄生輻射極低、呈平面結構、易于采用標準PCB工藝加工，SIW濾波天線結構簡單、易于采用 標準PCB工藝加工、易與其他微波射頻電路集成。SIW濾波天線，可以很好的濾除工作頻帶外雜散信號，因此工作在相鄰頻帶上的 SIW濾波天線之間信號串擾將極小，隔離效果良好，可用于FDD系統的收、發通道天線。實現 了天線與射頻前端的一體化設計，避免了二者之間連接線帶來的損耗。同時SIW濾波天線是一種平面天線，工作在相鄰頻帶的SIW濾波天線可以集成在 同一塊介質板上，實現收、發天線的集成。Ku頻段的平面天線，開放線型的饋電網絡在這個頻段上損耗較大，并帶來較大的 寄生輻射，影響天線性能，基于SIW技術設計的Ku波段縫隙輻射天線損耗小，寄生輻射弱； SIW縫隙輻射單元在組成陣列時無需添加其他功率分配網絡，簡化了設計步驟，制作方便、 損耗較低。Ku波段的SIW濾波天線，可以很好的抑制工作頻帶外雜散信號，但是不改變輻射 部分的輻射方向圖。工作在相鄰頻帶的SIW濾波天線，相互間隔離度良好，可以用作FDD系統的收、發 通道天線。SIW濾波天線為平面結構，相鄰頻帶的收、發天線可以集成在一塊介質版上。兩個 天線之間留出一定的空氣距離，以保證單個天線的輻射方向圖不變。Ku波段的SIW濾波天線及其系統結構簡單，可以全部采用成熟的標準PCB (印刷 電路板)工藝制作，成本低，容易批量生產，饋電網絡為封閉結構因而輻射小，隔離和抗干擾 能力強，容易與其它平面微波射頻電路集成。附圖說明圖1為Ku波段基片集成波導濾波天線上表面金屬層結構示意圖； 圖2為Ku波段基片集成波導濾波天線下表面金屬層結構示意圖3為用于FDD系統收、發信道的SIW濾波天線上表面結構圖；兩個天線之間留有一定 的空氣間距，只在微帶線部分介質板相連，圖中diStance=40mm ；圖4實施例中工作在13. 6GHz附近的SIW濾波天線輸入端反射系數測試結果和相同輻 射單元的全向天線輸入端反射系數測試結果；圖5實施例中工作在14. 4GHz附近的SIW濾波天線輸入端反射系數測試結果和相同輻4射單元的全向天線輸入端反射系數測試結果；圖6實施例中濾波天線收、發信道隔離度，一個天線發送，一個天線接收； 圖7實施例中收、發濾波天線實測方向圖。圖中，1.微帶線，2.微帶漸變線，3.金屬化通孔，4. SIW縫隙輻射單元，5. SIW濾波 器，6.工作在13. 6GHz附近的SIW濾波天線，7.工作在14. 4GHz附近的SIW濾波天線，8.介 質板連接部分。具體實施例方式Ku波段基片集成波導濾波天線，是將SIW縫隙輻射單元和SIW濾波器聯合設計、制 作在一個SIW傳輸線中；實施例中，輻射部分采用SIW雙面對稱縫隙(即在SIW的上、下表面 金屬對稱開縫，每個縫隙相對于SIW的中心線有相同偏移，每個縫隙的長、寬均相同)，共八 對縫隙形成陣列；實施例中，濾波器部分采用Siw三階感性窗口濾波器。該天線為三層結構，中間是介質層，正面是上金屬層，背面是下金屬層，外形為長 方形；在上金屬層的一端連接有微帶漸變線2，通過微帶漸變線2的另一端與微帶線1相連 接；在上金屬層與下金屬層之間穿過介質層連接有金屬化通孔3，該金屬化通孔3沿該天線 周邊設置，在微帶漸變線2的一側不設置金屬化通孔3 ；在金屬化通孔3圍成的區域內靠近 微帶漸變線2的一段為SIW濾波器5，在SIW濾波器5中設有由金屬化通孔3構成的SIW感 性窗口濾波器的耦合窗口 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．　一種用于頻分復用系統的基片集成波導濾波天線，其特征在于該天線為三層結構，中間是介質層，正面是上金屬層，背面是下金屬層，外形為長方形；在上金屬層的一端連接有微帶漸變線（２），通過微帶漸變線（２）的另一端與微帶線（１）相連接；在上金屬層與下金屬層之間穿過介質層連接有金屬化通孔（３），該金屬化通孔（３）沿該天線周邊設置，在微帶漸變線（２）的一側不設置金屬化通孔（３）；在金屬化通孔（３）圍成的區域內靠近微帶漸變線（２）的一段為ＳＩＷ濾波器（５），在ＳＩＷ濾波器（５）中設有由金屬化通孔（３）構成的ＳＩＷ感性窗口濾波器的耦合窗口；在金屬化通孔（３）圍成的區域內的另一段為ＳＩＷ縫隙輻射單元（４），在ＳＩＷ縫隙輻射單元（４）中，沿該濾波天線的中心線兩側交替設有縫隙槽。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：洪偉，余晨，周健義，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：84