CN110098476A - 一种基片集成波导滤波缝隙天线 - Google Patents

一种基片集成波导滤波缝隙天线 Download PDF

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李鹏凯
游长江
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    • H01Q15/0053—Selective devices used as spatial filter or angular sidelobe filter

Abstract

本发明公开了一种基片集成波导滤波缝隙天线，包括矩形基片集成波导腔，所述矩形基片集成波导腔上固定设置有耦合调整导电过孔、SMA连接器和非谐振槽，所述耦合调整导电过孔的数量为三个，所述耦合调整导电过孔纵向一字排布在矩形基片集成波导腔的中部，用于将矩形基片集成波导腔分成两个TE110模式谐振腔；所述SMA连接器和非谐振槽均位于其中一个TE110模式谐振腔内，所述非谐振槽位于耦合调整导电过孔与SMA连接器之间用于将该TE110模式谐振腔分成两个半模谐振腔。本发明具有宽带宽，高裙边选择性和增益响应平坦的特点，能够解决当前一种基片集成波导滤波缝隙天线不能同时实现宽带宽，高效率，高裙边选择性和平坦增益响应的技术问题。

Description

一种基片集成波导滤波缝隙天线
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体地说涉及一种高选择性的基片集成波导滤波缝隙天线，主要应用于电子围栏系统中。
背景技术
如今，滤波和辐射性能相结合的滤波天线越来越引起人们的极大关注，因为它释放了滤波器的位置空间并减少了由单独的滤波器和天线之间的互连引起的插入损耗。有研究已经提供了几种实现滤波天线的方法，例如使用天线辐射器代替滤波器的末级谐振器，或者将多个谐振器与辐射器合并在一起。然而，在大多数设计方法中，因为引入了更多的损耗电路区域，所以造成了额外的插入损耗。更重要的是，由于增益响应中没有辐射零点（传输零点），或者辐射零点远离通带，导致这些设计方案中的带外选择性很低。因此，提供一种宽带高选择性高效的一种基片集成波导滤波缝隙天线就很有必要。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种基片集成波导滤波缝隙天线，本发明具有宽带宽，高裙边选择性和增益响应平坦的特点，能够解决当前一种基片集成波导滤波缝隙天线不能同时实现宽带宽，高效率，高裙边选择性和平坦增益响应的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基片集成波导滤波缝隙天线，其特征在于：包括矩形基片集成波导腔，所述矩形基片集成波导腔上固定设置有耦合调整导电过孔、SMA连接器和非谐振槽，所述耦合调整导电过孔的数量为三个，所述耦合调整导电过孔纵向一字排布在矩形基片集成波导腔的中部，用于将矩形基片集成波导腔分成两个TE110模式谐振腔；所述SMA连接器和非谐振槽均位于其中一个TE110模式谐振腔内，所述非谐振槽位于耦合调整导电过孔与SMA连接器之间用于将该TE110模式谐振腔分成两个半模谐振腔。
所述矩形基片集成波导腔包括F4B-2介质层，F4B-2介质层的上下两面分别固定设置有上金属层和下金属层，F4B-2介质层的四周均匀开设有呈矩形布置的腔体导电过孔，上金属层和下金属层通过腔体导电过孔连通。
所述F4B-2基板的相对介电常数为2.485，损耗角正切为0.0018，尺寸为80×80mm2，厚度为6mm。
所述腔体导电过孔的直径为1.6mm，腔体导电过孔在矩形基片集成波导腔上纵向总长为51mm，横向总长为49mm，横向和纵向上任意相邻两腔体导电过孔之间的间距均为3.2mm。
所述SMA连接器设置在距离右侧纵向腔体导电过孔中心5.3mm处。
所述非谐振槽为蚀刻在矩形基片集成波导腔上的矩形槽，长度为29.4mm，宽度为2.65mm，所述非谐振槽设置在距离右侧纵向腔体导电过孔中心15mm处。
所述耦合调整导电过孔的直径为2.4mm，任意相邻两耦合调整导电过孔之间的间距为13.8mm，且耦合调整导电过孔设置在距离左侧纵向腔体导电过孔中心24.6mm处。
采用本发明的优点在于：
1、本发明通过耦合调整导电过孔将矩形基片集成波导腔分成两个TE110模式谐振腔，通过非谐振槽能够将其中一个TE110模式谐振腔分成两个半模谐振腔，在实际使用时，非谐振槽两侧的两个半模谐振腔电耦合，耦合调整导电过孔两侧的半模谐振腔和TE110模式谐振腔磁耦合，同时最左侧的TE110模式谐振腔（未被分成两个半模谐振腔的TE110模式谐振腔）和最右侧的半模谐振腔存在混合耦合，并以电耦合为主，最终在通带两侧实现传输零点，获得高边缘选择性。在保持增益响应，更宽带宽和几乎相同的最大效率的同时具有更好的带通滤波性能。由于拥有两个辐射零点，所提出的天线的裙边选择性非常高。更重要的是，在提出的天线中观察到平坦的增益响应，非谐振槽不仅用作辐射器，同时使右侧的TE110模式谐振腔分为两个半模谐振腔，减少了天线体积。
2、本发明采用上述特定技术方案后，最终能使天线获得9.1％的带宽，下边带270dB/GHz 和上边带330dB/GHz的高选择性，93％的高效率和平坦的增益响应。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意图；
图2为本发明的立体结构示意图；
图3为图1中的A向侧视结构示意图；
图4给出了传统基板集成波导缝隙天线和本发明一种基片集成波导滤波缝隙天线实现增益和总效率以及反射系数S11的对比图；
图5给出了等效滤波器的耦合拓扑结构及其滤波响应图；
图6给出了本发明滤波缝隙天线增益、总效率以及反射系数S11的仿真和实际测量对比图；
图7给出了本发明在仿真和实际测量的中心频率辐射对比图；
图中标记为：1、矩形基片集成波导腔，2、非谐振槽，3、耦合调整导电过孔，4、TE110模式谐振腔，5、半模谐振腔，6、SMA连接器，7、腔体导电过孔，8、上金属层，9、下金属层，10、F4B-2介质层。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。且文件中涉及到上、下、左、右方向的，均以附图1所示为参考。
如图1—3所示，本发明公开了一种基片集成波导滤波缝隙天线，包括矩形基片集成波导腔1，所述矩形基片集成波导腔1包括F4B-2介质层10，F4B-2介质层10的上下两面分别固定设置有上金属层8和下金属层9，F4B-2介质层10的四周均匀开设有呈矩形布置的腔体导电过孔7，上金属层8和下金属层9通过腔体导电过孔7连通；具体的，矩形布置的腔体导电过孔7的纵向边和横向边分别与F4B-2介质层10的纵向边和横向边相平行，矩形布置的腔体导电过孔7所围部分即为矩形基片集成波导腔1。所述矩形基片集成波导腔1上固定设置有耦合调整导电过孔3、SMA连接器6和非谐振槽2，所述耦合调整导电过孔3的数量为三个，由PCB工艺一次性制作完成，所述耦合调整导电过孔3纵向一字排布在矩形基片集成波导腔1的中部, 所述耦合调整导电过孔3用于将矩形基片集成波导腔1分成两个TE110模式谐振腔4。其中，所述耦合调整导电过孔3与腔体导电过孔7一样需要连通上金属层8和下金属层9。所述耦合调整导电过孔3起耦合调整作用，用于调整位于左侧的TE110模式谐振腔4和位于中间的半模谐振腔5的耦合强度，以及用于位于左侧的半模谐振腔5和最右侧的半模谐振腔5的混合耦合。所述SMA连接器6和非谐振槽2均位于其中一个TE110模式谐振腔4（附图以右侧TE110模式谐振腔4为例）内，所述非谐振槽2位于耦合调整导电过孔3与SMA连接器6之间，用于将该TE110模式谐振腔4分成两个半模谐振腔5。
所述F4B-2基板的相对介电常数为2.485，损耗角正切为0.0018，尺寸为80×80mm2，厚度为6mm。所述腔体导电过孔7由PCB工艺中的电镀手段完成。
所述腔体导电过孔7的直径为1.6mm，其在纵向上的总长为51mm，在横向上的总长为49mm，且横向和纵向上任意相邻两腔体导电过孔7之间的间距均为3.2mm。
所述SMA连接器6设置在距离右侧纵向腔体导电过孔7中心5.3mm处，SMA连接器6的金属内芯从接地侧穿透至上金属层8表面，通过SMA连接器6对天线进行馈电，激励模式是TE10。
所述非谐振槽2为蚀刻上金属层8表面的矩形槽，其设置在距离右侧纵向腔体导电过孔7中心15mm处，所述非谐振槽2的长度为29.4mm，宽度为2.65mm。
所述耦合调整导电过孔3的直径为2.4mm，任意相邻两耦合调整导电过孔3之间的间距为13.8mm，且耦合调整导电过孔3设置在距离左侧纵向腔体导电过孔7中心24.6mm处。
如图4所示，其给出了传统基片集成波导缝隙天线和本发明所述滤波缝隙天线的增益、总效率以及反射系数S11的对比。从图中可知，与传统基片集成波导缝隙天线相比，本发明所述滤波缝隙天线具有更宽的带宽，并且在增益响应和效率方面具有更好的性能，同时在所提出的滤波天线中观察到平坦的增益响应。由于拥有两个辐射零点，该天线的裙边选择性非常高。
如图5所示，给出了等效滤波器原型的耦合拓扑结构及其滤波响应图，从图中可知，观察到的三个谐振是由矩形基片集成波导腔1中三个耦合调整导电过孔3和蚀刻在矩形基片集成波导腔1上的非谐振槽2所分出的三个等效谐振腔及其耦合产生的。蚀刻在基板集成波导腔上的非谐振槽2和三个耦合调整导电过孔3将腔分成三个谐振腔，从右到左分别为R1、R2和R3。其中，R1和R2是两个半模谐振腔5，R3为左侧TE110模式谐振腔4。非谐振槽2是非谐振的，因为其长度约为0.66λg，而传统谐振槽长度为0.56λg。非谐振槽2不仅用作辐射器，而且对于形成两个半模谐振腔5也是必不可少的。这种合并结构避免了额外的辐射器。在宽带高选择性高效的滤波缝隙天线中，非谐振槽2两侧的谐振腔R1和R2是电耦合。在耦合调整导电过孔3的两侧的谐振腔R2和R3是磁耦合。由于两个半模谐振腔5具有不同的开口端方向，因此R1与非谐振槽2和R2与非谐振槽2的耦合应具有不同的符号。R1和R3之间存在混合耦合，电耦合占优势。由于多个耦合路径，在通带的两侧实现了传输零点。由于两个传输零点非常接近通带，因此在两个边带处都实现了高边缘选择性。
如图6所示，给出了本发明滤波缝隙天线实现的增益、效率以及反射系数S11仿真和实际测量的对比图，从图中可知，测得天线在实际的带宽（S11<-10dB）为9.1％（4.09-4.48GHz），与仿真的10.1％（4.05-4.48GHz）一致。通带上测量和仿真得到的增益分别为6.2dBi和6.3 dBi。增益响应在频带内是平坦的。带通滤波性能非常显着，通带上的效率达到最高可达93％而带外效率接近于零。高效率受益于非谐振槽2辐射和小型化电路布局，使用两个半模谐振腔5来减小尺寸。从图6中可以看出，增益响应中的两个辐射零点非常接近通带，实现了高的裙边选择性。测得的下边带和上边带选择性分别为270dB/GHz和330dB/GHz。
如图7所示，给出了本发明仿真和实际测量的中心频率辐射对比图，从图中可知，在两个平面上获得了大致对称的辐射方向图，良好的前后比和大于20dB的交叉极化水平。
最后，将本发明所述的滤波缝隙天线与以前使用基片集成波导缝隙工作的天线进行综合比较，具体比如结果见下表。
从上表可知，与其他已有天线相比，该天线具有宽带，高选择性和高效率的优势。
综上所述，本发明通过引入非谐振槽2以实现两个半模谐振腔5并产生辐射，从而减小尺寸并释放额外辐射器的使用空间。产生两个辐射零点以增强选择性，具有较宽的带宽和高裙边选择性。高性能表明它是射频前端系统中集成滤波器和天线的功能模块的理想选择。

Claims (7)

1.一种基片集成波导滤波缝隙天线，其特征在于：包括矩形基片集成波导腔（1），所述矩形基片集成波导腔（1）上固定设置有耦合调整导电过孔（3）、SMA连接器（6）和非谐振槽（2），所述耦合调整导电过孔（3）的数量为三个，所述耦合调整导电过孔（3）纵向一字排布在矩形基片集成波导腔（1）的中部，用于将矩形基片集成波导腔（1）分成两个TE110模式谐振腔（4）；所述SMA连接器（6）和非谐振槽（2）均位于其中一个TE110模式谐振腔（4）内，所述非谐振槽（2）位于耦合调整导电过孔（3）与SMA连接器（6）之间用于将该TE110模式谐振腔（4）分成两个半模谐振腔（5）。
2.根据权利要求1所述的一种基片集成波导滤波缝隙天线，其特征在于：所述矩形基片集成波导腔（1）包括F4B-2介质层（10），F4B-2介质层（10）的上下两面分别固定设置有上金属层（8）和下金属层（9），F4B-2介质层（10）的四周均匀开设有呈矩形布置的腔体导电过孔（7），上金属层（8）和下金属层（9）通过腔体导电过孔（7）连通。
3.根据权利要求2所述的一种基片集成波导滤波缝隙天线，其特征在于：所述F4B-2基板的相对介电常数为2.485，损耗角正切为0.0018，尺寸为80×80 mm2，厚度为6mm。
4.根据权利要求2所述的一种基片集成波导滤波缝隙天线，其特征在于：所述腔体导电过孔（7）的直径为1.6mm，腔体导电过孔（7）在矩形基片集成波导腔（1）上纵向总长为51mm，横向总长为49mm，横向和纵向上任意相邻两腔体导电过孔（7）之间的间距均为3.2mm。
5.根据权利要求2所述的一种基片集成波导滤波缝隙天线，其特征在于：所述SMA连接器（6）设置在距离右侧纵向腔体导电过孔（7）中心5.3mm处。
6.根据权利要求2所述的一种基片集成波导滤波缝隙天线，其特征在于：所述非谐振槽（2）为蚀刻在矩形基片集成波导腔（1）上的矩形槽，长度为29.4mm，宽度为2.65mm，所述非谐振槽（2）设置在距离右侧纵向腔体导电过孔（7）中心15mm处。
7.根据权利要求2所述的一种基片集成波导滤波缝隙天线，其特征在于：所述耦合调整导电过孔（3）的直径为2.4mm，任意相邻两耦合调整导电过孔（3）之间的间距为13.8mm，且耦合调整导电过孔（3）设置在距离左侧纵向腔体导电过孔（7）中心24.6mm处。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113794049A (zh) * 2021-08-09 2021-12-14 北京交通大学 基于多层层叠型介质集成波导的三维基片集成天线

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1925211A (zh) * 2006-09-22 2007-03-07 东南大学 半模基片集成波导滤波器
CN203707287U (zh) * 2014-02-26 2014-07-09 成都信息工程学院 源与多谐振器耦合的基片集成波导滤波器
CN107196069A (zh) * 2017-04-21 2017-09-22 南京邮电大学 紧凑型基片集成波导背腔缝隙天线

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1925211A (zh) * 2006-09-22 2007-03-07 东南大学 半模基片集成波导滤波器
CN203707287U (zh) * 2014-02-26 2014-07-09 成都信息工程学院 源与多谐振器耦合的基片集成波导滤波器
CN107196069A (zh) * 2017-04-21 2017-09-22 南京邮电大学 紧凑型基片集成波导背腔缝隙天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PENG KAI LI等: "Codesigned High-Efficiency Single-Layered Substrate Integrated Waveguide Filtering Antenna With a Controllable Radiation Null", 《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS 》 *
李鹏凯: "多标准无线通信中的可重构天线关键技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113794049A (zh) * 2021-08-09 2021-12-14 北京交通大学 基于多层层叠型介质集成波导的三维基片集成天线

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