基于滤波巴伦的多层结构集成滤波天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于滤波巴伦的多层结构集成滤波天线，主要解决传统单层微带结构的滤波天线体积较大的问题。其包括介质基板、滤波部分和辐射单元。介质基板包括两层微带介质基板和金属地面；滤波部分包括输入端口、位于介质基板左侧的滤波巴伦，以及与其相连的两个输出端口；滤波巴伦包括刻蚀在上层介质基板上的两个面对面的C形二阶阶梯阻抗谐振器和刻蚀在下层介质基板上表面的两个背靠背的C形二阶阶梯阻抗谐振器；辐射单元刻蚀在上层介质基板的上表面，其包括两条的微带线，两个蝶形印刷偶极子和一个引向器。本发明专利技术具有结构紧凑、带宽宽、频率边缘选择性高和带外抑制好的优点，可用于无线通信系统射频前端。

【技术实现步骤摘要】
基于滤波巴伦的多层结构集成滤波天线
本专利技术属于微波器件
，特别涉及多层结构集成滤波天线，可用于无线通信系统射频前端。
技术介绍
近年来，无线通信技术的发展越来越迅速，人们对通信系统的性能和体积方面的要求也越来越高，各微波通信元器件的性能越来越朝着多功能化和集成化方向发展，外形方面也越来越朝着小型化、轻便化方向发展。无线通信系统是由发送设备、接收设备和无线信道三大部分组成的，利用无线电磁波，以实现信息和数据传输的系统。它根据工作频段或传输手段分类，可以分为中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信。天线和滤波器是无线通信系统中两个不可或缺的部件，其中天线负责将高频电振荡变成电磁波向传输媒质辐射和将空间传播到其上的电磁波转换为高频电振荡。滤波器负责从工作频段中选出我们所感兴趣的频段。作为射频前端电路最重要的两个元器件，天线和滤波器的尺寸和性能对整个系统的通信质量起着至关重要的作用。最开始的滤波器天线设计方法是分别单独设计滤波器和天线，然后通过在二者之间添加与之相匹配的网络或结构，使得天线与滤波器之间的反射减小阻抗更加匹配。然而这种方法也存在许多弊端，如增加了系统设计的工作量，不匹配可能会引起系统性能的恶化，同时也会增加系统尺寸。近年来,许多学者探索出了一体化设计滤波天线的方法。这套综合设计方法着眼于天线和滤波器的整体性能，依据带通滤波器的综合方法，用天线代替滤波器的最后一级谐振器和负载阻抗，使得天线在起辐射作用的同时也充当滤波器的谐振单元，从而构成一体化结构紧凑的滤波天线。2015年，J.Shi和X.Wu在IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters期刊(vol.14,pp.1573–1576,2015)上发表了“ACompactDifferentialFilteringQuasi-YagiAntennaWithHighFrequencySelectivityandLowCross-PolarizationLevels”，论文中提出了一种具有滤波响应的差分准八木天线，但是辐射器没有作为滤波器的谐振器，这不利于减小尺寸和降低损耗。2015年，C.X.Mao和S.Gao等人在IEEETransactionsAntennasandPropagation期刊(Vol.63,No.12,2015,pp.5492–5499.)上发表了“IntegratedFilteringAntennawithControllableFrequencyBandwidth”，论文中滤波器和天线的集成设计拓宽了带宽，提高了频率选择性和获得了更平坦的增益，然而，额外的滤波电路被引入到天线馈电网络中，导致了插入损耗增大。2016年Tang.H和ChenJ.X等人在IEEETransactionsonComponentsPackaging&ManufacturingTechnology期刊(No.6,2016,pp.1408-1416.)发表“Integrationdesignoffiltingantennawithload-insensitivebalunfilter”，论文中采用单层微带介质基板上布线，方便了加工，然而当所工作的频段较低时，所设计的滤波天线的尺寸会比较大，从而造成整个系统的体积偏大，不能很好地满足微波器件日益严格的小型化要求。
技术实现思路
本专利技术针对上述已有技术的不足，提出一种基于滤波巴伦的多层结构集成滤波天线，已减小天线体积，降低插入损耗，提高天线效率。为实现上述目的，本专利技术基于滤波巴伦的多层结构集成滤波天线，包括滤波部分1、基板部分2和辐射单元3其特征在于：基板部分2包括两层微带介质基板21，22和最下层的金属地板23；滤波部分1包括输入端口微带线11，两个输出端口微带线12，13和刻蚀在上层介质基板21上下表面左侧的滤波巴伦14；辐射单元3采用刻蚀在上层介质基板21上表面右半部分的准八木天线，该准八木天线包括：两条λ/4微带线31，32、两个蝶形印刷偶极子33，34和一个引向器35；第一λ/4微带线31的右端与第一蝶形印刷偶极子33相连，第一微带线31的左端与滤波巴伦输出端口微带线12相连；第二λ/4微带线32的右端与第二蝶形印刷偶极子34相连，第二λ/4微带线32的左端与滤波巴伦输出端口微带线13相连；引向器35位于两蝶形个印刷偶极子33，34的右侧并与其水平平行。本专利技术与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1.本专利技术由于采用两层微带介质基板，且紧密压在一起，与同频段的单层微带结构的滤波天线相比，整体尺寸更小，实现了滤波天线体积的小型化和轻薄化，加工成本更低，更加便于与微波射频系统的其他元器件集成；2.本专利技术由于在准八木天线的馈电端引入滤波巴伦14，用滤波巴伦代替从微带线结构过渡到共面带状线的馈电结构，能将单端的非平衡输入信号转换成平衡输出信号并且对蝶形印刷偶极子进行馈电，有利于蝶形印刷偶极子表面电流平衡，可保证天线方向性，提高辐射效率；并在传输差模信号的同时能有效抑制了共模信号，起到阻抗变换的作用，实现天线的阻抗匹配，提高了对整体滤波天线的带外抑制；3.本专利技术馈电部分的滤波巴伦采用两个面对面的C形二阶阶梯阻抗谐振器和两个背靠背的C形二阶阶梯阻抗谐振器，并分别蚀刻在上下层介质基板的上表面，使多层滤波巴伦尺寸更小，有效减小滤波天线尺寸；4.本专利技术的馈电部分采用两层高介电常数微带介质基板，有效减小了天线尺寸；同时增强了上下两层各谐振器之间的电耦合，扩展了滤波巴伦的带宽，提高了滤波天线的带宽；5.本专利技术的辐射单元采用蝶形印刷偶极子代替传统的矩形结构，增加了天线的谐振模式，拓展了滤波天线的带宽；6.本专利技术馈电部分的两个输出端口微带线在所有外拐角采用45度的切角处理，减小了传输过程中信号的反射，减小了天线损耗，提高滤波天线的阻抗匹配性能。附图说明图1为本专利技术的三维结构图；图2为图1上层介质基板上部的正面结构图；图3为图1下层介质基板上部滤波巴伦的局部放大正面结构图；图4为图1下层介质基板上部的局部放大正面结构图；图5为图1的左视结构图；图6为本专利技术实施例的反射系数S11曲线图；图7为本专利技术实施例的XOY面和YOZ面方向图；图8为本专利技术实施例的增益曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例和效果作详细说明：实施例1，工作在2.45GHz的基于滤波巴伦的多层结构集成滤波天线。参照图1，本实例包括滤波部分1、基板部分2和辐射单元3。其中：基板部分2由两层介质基板21、22，金属地板23组成；辐射单元3由两条λ/2微带线31、32，两个蝶形印刷偶极子33、34和引向器35组成。滤波部分1由输入端口微带线11，输出端口微带线12、13和滤波巴伦14组成，该滤波巴伦14由两个面对面的C形λ/2二阶阶梯阻抗谐振器141、142和两个背靠背的C形λ/2二阶阶梯阻抗谐振器143、144组成。输入端口微带线11，输出端口微带线12、13，两条半波长微带线31、32，第一C形λ/2二阶阶梯阻抗谐振器141，第一反C形λ/2二阶阶梯阻抗谐振器142，两个蝶形偶极子33、34和引向器35均蚀刻在上层介质基板21的上表面；第二反C形λ/2二阶阶梯阻抗谐振器143、第二C形λ/2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于滤波巴伦的多层结构集成滤波天线，包括滤波部分(1)、基板部分(2)和辐射单元(3)其特征在于：所述基板部分(2)包括两层微带介质基板(21，22)和最下层的金属地板(23)；所述滤波部分(1)包括输入端口微带线(11)，两个输出端口微带线(12，13)和刻蚀在上层介质基板(21)上下表面左侧的滤波巴伦(14)；所述辐射单元(3)采用刻蚀在上层介质基板(21)上表面右半部分的准八木天线，该准八木天线包括：两条微带线(31，32)、两个蝶形印刷偶极子(33，34)和一个引向器(35)；第一微带线(31)的右端与第一蝶形印刷偶极子(33)相连，第一微带线(31)的左端与滤波巴伦输出端口微带线(12)相连；第二微带线(32)的右端与第二蝶形印刷偶极子(34)相连，第二微带线(32)的左端与滤波巴伦输出端口微带线(13)相连；引向器(35)位于两个蝶形印刷偶极子(33，34)的右侧并与其水平平行；所述滤波巴伦(14)，包括两个面对面的C形二阶阶梯阻抗谐振器(141，142)和两个背靠背的C形二阶阶梯阻抗谐振器(143，144)。

【技术特征摘要】
1.一种基于滤波巴伦的多层结构集成滤波天线，包括滤波部分(1)、基板部分(2)和辐射单元(3)其特征在于：所述基板部分(2)包括两层微带介质基板(21，22)和最下层的金属地板(23)；所述滤波部分(1)包括输入端口微带线(11)，两个输出端口微带线(12，13)和刻蚀在上层介质基板(21)上下表面左侧的滤波巴伦(14)；所述辐射单元(3)采用刻蚀在上层介质基板(21)上表面右半部分的准八木天线，该准八木天线包括：两条微带线(31，32)、两个蝶形印刷偶极子(33，34)和一个引向器(35)；第一微带线(31)的右端与第一蝶形印刷偶极子(33)相连，第一微带线(31)的左端与滤波巴伦输出端口微带线(12)相连；第二微带线(32)的右端与第二蝶形印刷偶极子(34)相连，第二微带线(32)的左端与滤波巴伦输出端口微带线(13)相连；引向器(35)位于两个蝶形印刷偶极子(33，34)的右侧并与其水平平行；所述滤波巴伦(14)，包括两个面对面的C形二阶阶梯阻抗谐振器(141，142)和两个背靠背的C形二阶阶梯阻抗谐振器(143，144)。2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，两个面对面的C形二阶阶梯阻抗谐振器(141，142)刻蚀在上层介质基板(21)上表面，两个背靠背的C形二阶阶梯阻抗谐振器(143，144)刻蚀在下层介质基板...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴边，张楠，张亚辉，许梅，李镇宁，夏磊，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61