一种宽带高增益微带滤波阵列天线制造技术

本发明专利技术属于天线设计领域，涉及滤波阵列天线，具体提供一种宽带高增益微带滤波阵列天线，为宽带高增益滤波阵列天线地优化设计和性能改进提供有益的参考方法，使其能够更广泛地被应用到更多的场景中。本发明专利技术通过加载短路金属探针、开设U形缝隙和矩形缝隙、加载L形枝节方式优化矩形贴片单元结构的滤波特性和辐射特性，并基于此单元结构设计阵列结构。通过采用具有固有滤波特性和谐振特性的微带缝隙耦合馈电转探针地激励结构、镜像对称形式的1

【技术实现步骤摘要】
一种宽带高增益微带滤波阵列天线


[0001]本专利技术属于天线设计领域，涉及滤波阵列天线，具体提供一种宽带高增益微带滤波阵列天线。

技术介绍

[0002]近些年来，随着人们对移动通信设备需求的增长，移动通信技术和无线通信技术得以快速进步，滤波天线作为一种新型器件受到了广泛的关注。滤波天线的核心优点是进行了一体化的设计，滤波器和天线的一体化设计可以减少级联设计带来的设计周期长、系统稳定性不佳、整体损耗增加等问题，是一种现状通信系统中越来越普遍的设计思路。同时，通信系统中小型化、集成化的趋势越来越明显，需求越来越大，滤波天线的设计思路也正好契合了这两点要求。
[0003]目前，单滤波天线器件种类繁多，为了扩充滤波天线的应用场景，某些单天线结构被优化设计为滤波阵列天线，用于更高增益需求的应用场景。现有滤波阵列天线大多属于微带类型，微带形式天线具有剖面低、损耗小和加工简单等优点；但是，采用微带结构设计天线不可避免地具有窄带特性，导致微带滤波阵列天线多具有窄带特点。为了提高微带滤波阵列天线的带宽，有学者提出通过增加滤波电路谐振点方法扩展阵列带宽；然而，额外添加的滤波电路引入的插损又不可避免地降低阵列的增益；因此，设计宽带高增益的微带滤波阵列天线对于仍是一个巨大挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种宽带高增益微带滤波阵列天线，为宽带高增益滤波阵列天线地优化设计和性能改进提供有益的参考方法，使其能够更广泛地被应用到更多的场景中。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种宽带高增益微带滤波阵列天线，从上至下依次包括：金属贴片层1、第一介质基板2、金属条带3、第二介质基板4、金属地板层5、第三介质基板6、微带馈线9，以及激励金属探针7与短路金属探针8；其特征在于：
[0007]所述金属贴片层1设置于第一介质基板2的上表面、且沿其两条中线均呈对称结构，金属贴片层由两个矩形贴片构成，两个矩形贴片的长边正对排布、且长边沿Y方向设置；所述矩形贴片的外侧长边上开设4个矩形缝隙，且矩形缝隙沿X方向设置；所述矩形贴片的内侧长边上开设2个U形缝隙、同时加载2个L形枝节，所述L形枝节中短枝节垂直加载于矩形贴片上、长枝节沿Y方向指向第一介质基板边缘，所述U形缝隙沿X方向设置、且开口端位于矩形贴片的边缘；所述矩形贴片的宽边边缘设置多个短路金属探针8，短路金属探针内嵌于第一介质基板、第二介质基板及第三介质基板中，其顶端连接矩形贴片、底端与第三介质基板下表面齐平；
[0008]所述金属条带3设置于第一介质基板的下表面、第二介质基板的上表面，且位于中
心位置，金属条带沿X方向设置，金属条带通过激励金属探针7分别连接两个矩形贴片，激励金属探针内嵌于第一介质基板中；
[0009]所述金属地板层5设置于第二介质基板的下表面、第三介质基板的上表面，金属地板层的中心位置开设I形缝隙，I形缝隙沿Y方向设置、且中心与金属条带的中心沿Z方向重合；
[0010]所述微带馈线9设置于第三介质基板的下表面、且沿X方向设置，所述微带馈线9、金属地板层5、金属条带3与激励金属探针7共同构成微带缝隙耦合馈电转探针的激励结构。
[0011]进一步的，所述矩形缝隙位于金属贴片层1的非激励边沿(外侧长边)、且沿着X方向开设；具体的，矩形缝隙应处于主模的弱电流位置，矩形缝隙的长度应根据实际的匹配效果进行调整，最长不应超过矩形贴片宽度的一半。
[0012]进一步的，所述L型枝节的加载点位于金属贴片层的激励边沿(内侧长边)，且靠近金属贴片层宽边边沿的位置；具体的，L型枝节应处于高次模式1的电流零点位置。
[0013]进一步的，所述U型缝隙位于金属贴片层1的激励边沿(内侧长边)，且靠近激励金属探针7的位置；具体的，U型缝隙与激励探针之间垂直距离(Y方向的距离)和U型缝隙的长度之和应为0.15λ0～0.25λ0，λ0是中心频率对应的自由空间波长。
[0014]本专利技术的工作原理在于：
[0015]传统标准矩形贴片结构的主模具有侧向辐射特性，与主模相近的模式均为非侧向辐射模式，因此难以通过激励多模方式实现宽带侧向辐射特性；本专利技术通过在传统标准矩形贴片窄边引入短路金属探针，使矩形贴片产生另外一个具有侧向辐射特性的高次模式1，进而通过激励两个贴片模式(主模和高次模式1)实现宽带特性；高次模式1的谐振频率低于主模谐振频率，且高次模式1是一个自身具有低频边带激励零点的模式，因此天线在低频边带可呈现好的低频选择性；为了改善高频边带选择性，本专利技术通过在馈电位置左右两侧加载U形缝隙，使主模在高频也产生了一个边带激励零点，该激励零点优化了天线的高频选择性。需要说明的是，模式自身存在边带激励零点是指：在某频率处模式在激励位置的场很弱，导致其无法被所设计的激励结构成功激励，进而导致模式存在激励零点，该激励零点对应增益曲线上的辐射零点。在此基础上，为了进一步扩展单元带宽，本专利技术通过加载矩形缝隙和L形枝节方式延长高次模式1的电流路径，使其谐振频率降低，而主模的谐振频率保持不变，进而扩展带宽。注意：所加载的矩形缝隙应处于主模的弱电流位置，L形枝节也应避免影响主模。
[0016]以上过程使得矩形贴片单元呈现优异的滤波特性和宽带辐射特性，将此单元进行合理地布局形成阵列拓扑，并施加合适的馈电激励结构，将能够实现具有宽带高增益特性的滤波阵列天线；本专利技术通过将两个所设计的矩形贴片结构镜像对称地放置，使阵列口径获得了充分地利用，进而在有限尺寸下实现高增益特性；此外，本专利技术通过采用一个微带缝隙耦合馈电转探针的激励结构取代原本的双探针激励结构为所设计的1
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2阵列馈电，该激励结构将原本需要的双端口馈电改为单端口馈电，使其更适合用于大阵列设计中；更重要的是，所设计的微带缝隙耦合馈电转探针的激励结构存在固有滤波特性和谐振特性，进一步改善了阵列的带宽和滤波特性。
[0017]综上，本专利技术的有益效果为：
[0018]本专利技术提供一种宽带高增益微带滤波阵列天线，通过加载短路金属探针、开设U形
缝隙和矩形缝隙、加载L形枝节方式优化矩形贴片单元结构的滤波特性和辐射特性，并基于此单元结构设计阵列结构。通过采用具有固有滤波特性和谐振特性的微带缝隙耦合馈电转探针地激励结构、镜像对称形式的1
×
2阵列拓扑结构，使阵列的滤波和辐射特性被进一步优化；最终所设计的微带滤波阵列天线具备宽带高增益优点，并且，天线结构简单、加工方便，可以用来组成更大的阵列获得更高的增益。
附图说明
[0019]图1为本专利技术宽带高增益微带滤波阵列天线的侧视结构示意图。
[0020]图2为本专利技术宽带高增益微带滤波阵列天线中金属贴片层的结构示意图。
[0021]图3为本专利技术宽带高增益微带滤波阵列天线中金属条带的结构示意图。
[0022]图4为本专利技术宽带高增益微带滤波阵列天线中金属地板层的结构示意图。
[0023]图5为标准矩形贴片单元结构示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带高增益微带滤波阵列天线，从上至下依次包括：金属贴片层(1)、第一介质基板(2)、金属条带(3)、第二介质基板(4)、金属地板层(5)、第三介质基板(6)、微带馈线(9)，以及激励金属探针(7)与短路金属探针(8)；其特征在于：所述金属贴片层(1)设置于第一介质基板(2)的上表面、且沿其两条中线均呈对称结构，金属贴片层由两个矩形贴片构成，两个矩形贴片的长边正对排布、且长边沿Y方向设置；所述矩形贴片的外侧长边上开设4个矩形缝隙，且矩形缝隙沿X方向设置；所述矩形贴片的内侧长边上开设2个U形缝隙、同时加载2个L形枝节，所述L形枝节中短枝节垂直加载于矩形贴片上、长枝节沿Y方向指向第一介质基板边缘，所述U形缝隙沿X方向设置、且开口端位于矩形贴片的边缘；所述矩形贴片的宽边边缘设置多个短路金属探针(8)，短路金属探针内嵌于第一介质基板、第二介质基板及第三介质基板中，其顶端连接矩形贴片、底端与第三介质基板下表面齐平；所述金属条带(3)设置于第一介质基板的下表面、第二介质基板的上表面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘思豪，杨德强，郭俊雷，王博宁，邵玉婷，陈涌频，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：