CN107104275A - 一种多层结构式滤波天线以及微波通信系统 - Google Patents

Abstract

一种多层结构式滤波天线以及微波通信系统，包括从下到上叠设的第一、第二、第三介质基板；第一介质基板下表面设置有微带馈线；第二介质基板的下表面、上表面分别设置第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二介质基板、第二金属层构成的整体开设有多个呈矩形排列的金属化通孔，第一金属层、第二金属层、多个金属化通孔共同围成一矩形谐振腔，第一金属层开设有耦合缝隙，第二金属层开设有两条正对的辐射缝隙；第三介质基板包括矩形的主体部和两个延伸部，主体部上设置有辐射金属层。本发明实现了高频率选择性、高增益和带宽改善效果，解决了因非辐射谐振器造成天线整体增益下降的问题，以及通过天线自身结构实现的滤波天线的装配问题。

Description

一种多层结构式滤波天线以及微波通信系统

技术领域

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种多层结构式滤波天线以及微波通信系统。

背景技术

众所周知，滤波器为微波系统提供了频率选择性，因此需要高品质因数的谐振器,而天线为了提供辐射性能需要品质因数相对较低的谐振器。传统地，滤波器和天线是独立设计来实现各自的最佳性能，然而，从系统的角度来看，整体尺寸过大且效率较低。因此，将滤波功能与辐射功能通过结构共享融合在单个器件中，可以提高整体的系统效率。

最传统的实现滤波天线的方式是将天线与滤波器直接级联在一起。随着射频系统的发展，涌现出了一些关于滤波器和天线协同设计的技术，但是都存在着非辐射的谐振器，使得天线整体效率下降，从而增益减小。为了解决这个问题，天线通过自身结构来实现的滤波及辐射响应，现在的此类设计主要是通过堆叠架空的金属贴片实现的，随着频率的提高，架空的距离无法保证，且装配困难。

总而言之，现有的大多数滤波天线总存在非辐射的谐振器，降低了天线的效率，因此总体增益较低；而由金属贴片堆叠方式实现的滤波天线在频率较高时存在装配困难的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种多层结构式滤波天线以及微波通信系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种多层结构式滤波天线，包括从下到上依次叠设的第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板；

所述第一介质基板下表面设置有微带馈线；所述第二介质基板的下表面设置有第一金属层，所述第二介质基板的上表面设置有第二金属层，所述第一金属层、第二介质基板、第二金属层构成的整体开设有多个呈矩形排列的金属化通孔，所述第一金属层、第二金属层、多个金属化通孔共同围成一矩形谐振腔，所述第一金属层开设有用于与所述微带馈线耦合的耦合缝隙，所述第二金属层开设有用于将信号辐射出去的两条正对的辐射缝隙；所述第三介质基板包括矩形的主体部和两个用于安装固定的延伸部，两个延伸部自主体部两侧垂直向外延伸形成，所述主体部上设置有矩形的辐射金属层。

在本发明所述的多层结构式滤波天线中，所述耦合缝隙和辐射缝隙的延伸方向均与微带馈线的延伸方向垂直，两条辐射缝隙在第一金属层的投影关于耦合缝隙对称，两条辐射缝隙与辐射金属层的两侧边分别正对设置，所述辐射金属层与所述矩形谐振腔的轴心线重合。

在本发明所述的多层结构式滤波天线中，所述耦合缝隙和辐射缝隙均呈矩形条状。

本发明还公开了一种微波通信系统，其包括所述的多层结构式滤波天线。

实施本发明的多层结构式滤波天线以及微波通信系统，具有以下有益效果：本发明的滤波天线实现了高频率选择性、高增益和带宽改善效果，一方面解决了因非辐射谐振器造成天线整体增益下降的问题，另一方面解决了通过天线自身结构实现的滤波天线的装配问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本发明的多层结构式滤波天线的分解图；

图2是本发明的多层结构式滤波天线的侧视图；

图3是本实施例的滤波天线的仿真匹配和增益曲线图；

图4是本实施例的滤波天线的仿真方向图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。“和/或”这一术语包括多个相关记载项目的组合多个相关记载项目中的某一项。

为了更好的理解本发明的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对本发明的技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图1和图2，本发明的多层结构式滤波天线包括从下到上依次叠设的第一介质基板7、第二介质基板9、“中”字形的第三介质基板10。

具体的，所述第一介质基板7呈矩形，其下表面设置有微带馈线1；

其中，所述第二介质基板9的下表面设置有第一金属层3，所述第二介质基板9的上表面设置有第二金属层5，所述第一金属层3、第二介质基板9、第二金属层5构成的整体开设有多个呈矩形排列的金属化通孔8，所述第一金属层3、第二金属层5、多个金属化通孔8共同围成一矩形谐振腔，所述第一金属层3开设有用于与所述微带馈线耦合的耦合缝隙2，所述第二金属层5开设有用于将信号辐射出去的两条正对的辐射缝隙4。

具体的，所述第三介质基板10包括矩形的主体部和两个用于安装固定的延伸部，两个延伸部自主体部两侧垂直向外延伸形成，所述主体部上设置有矩形的辐射金属层6，辐射金属层6的大小形状与主体部一致。

具体的，所述耦合缝隙2和辐射缝隙4的延伸方向均与微带馈线1的延伸方向垂直，两条辐射缝隙4在第一金属层3的投影关于耦合缝隙2对称，两条辐射缝隙4与辐射金属层6的两侧边分别正对设置，所述辐射金属层6与所述矩形谐振腔的轴心线重合。

其中，所述耦合缝隙和辐射缝隙均呈矩形条状，且耦合缝隙的长度小于辐射缝隙的长度。

可以理解地，以上各个尺寸参数只是在本实施例中的一种优化组合，但是这不能成为限制本发明保护范围依据，各个尺寸参数可以根据实际情况进行相应地设置。

本发明的滤波天线的工作原理简述如下：天线通过微带馈线1进行馈电，通过第一金属层3上的耦合缝隙2将信号耦合到的第二介质基板9中，再通过第二金属层5上开的辐射缝隙4将信号辐射出去，提高天线的整体增益；同时辐射金属层6也参与辐射，且由于堆叠产生了高端的辐射零点，这样在增加天线的整体增益和带宽同时可以提高其频率选择性。

其中，第二金属层5上开的辐射缝隙4的宽度可以调节低端辐射零点的位置；辐射金属层6在与微带馈线1垂直的方向上的长度可以调节高端辐射零点的位置；通过改变“中”字型的第三介质基板10的厚度可以调节工作带宽；“中”字型的第三介质基板10可以在保证装配的同时维持天线的高增益性能。

参考图3，是本实施例的滤波天线的仿真匹配和增益曲线图。本实施例中采用的是介电常数为3.38、损耗角为0.0027的RO4003C介质基板。可见其工作在10GHz时，在中心频率处的增益为7.5dBi，10dB匹配带宽为7.9％。图4是本实施例的滤波天线的仿真方向图，可见天线的交叉极化小于-30dB。

基于统一发明构思，本发明还要求保护一种微波通信系统，其包括所述的多层结构式滤波天线。

综上所述，实施本发明的多层结构式滤波天线以及微波通信系统，具有以下有益效果：本发明的滤波天线实现了高频率选择性、高增益和带宽改善效果，一方面解决了因非辐射谐振器造成天线整体增益下降的问题，另一方面解决了通过天线自身结构实现的滤波天线的装配问题。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种多层结构式滤波天线，其特征在于，包括从下到上依次叠设的第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板；

所述第一介质基板下表面设置有微带馈线；所述第二介质基板的下表面设置有第一金属层，所述第二介质基板的上表面设置有第二金属层，所述第一金属层、第二介质基板、第二金属层构成的整体开设有多个呈矩形排列的金属化通孔，所述第一金属层、第二金属层、多个金属化通孔共同围成一矩形谐振腔，所述第一金属层开设有用于与所述微带馈线耦合的耦合缝隙，所述第二金属层开设有用于将信号辐射出去的两条正对的辐射缝隙；所述第三介质基板包括矩形的主体部和两个用于安装固定的延伸部，两个延伸部自主体部两侧垂直向外延伸形成，所述主体部上设置有矩形的辐射金属层。

2.根据权利要求1所述的多层结构式滤波天线，其特征在于，所述耦合缝隙和辐射缝隙的延伸方向均与微带馈线的延伸方向垂直，两条辐射缝隙在第一金属层的投影关于耦合缝隙对称，两条辐射缝隙与辐射金属层的两侧边分别正对设置，所述辐射金属层与所述矩形谐振腔的轴心线重合。

3.根据权利要求1所述的多层结构式滤波天线，其特征在于，所述耦合缝隙和辐射缝隙均呈矩形条状。

4.一种微波通信系统，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的多层结构式滤波天线。