滤波天线.pdf

本发明提供了一种滤波天线，包括依次层叠设置的上介质基板、连接机构以及下介质基板；上介质基板上设置有多个第一金属化通孔，下介质基板上设置有多个第二金属化通孔，上介质基板的上表面和下表面分别设置有第一金属层和第二金属层，下介质基板的上表面和下表设置有第三金属层和第四金属层；第三金属层、第四金属层以及该多个第二金属化通孔围成一双模矩形谐振腔，第一金属层、第二金属层以及该多个第一金属化通孔围成单模矩形谐振腔，双模矩形谐振腔与单模矩形谐振腔通过耦合级联；第一金属层上设置有两条相互平行辐射缝隙，该两条辐射缝隙均关于单模矩形谐振腔在第一金属层上投影的中点中心对称。本发明具有高带外抑制和低交叉极化的有益效果。

权利要求书1.  一种滤波天线，其特征在于，包括依次层叠设置的上介质基板、连接 机构以及下介质基板；所述上介质基板上设置有多个第一金属化通孔，所述 下介质基板上设置有多个第二金属化通孔，所述上介质基板的上表面和下表 面分别设置有第一金属层和第二金属层，所述下介质基板的上表面和下表分 别设置有第三金属层和第四金属层；所述第三金属层、所述第四金属层以及 该多个第二金属化通孔围成一双模矩形谐振腔，所述第一金属层、所述第二 金属层以及该多个第一金属化通孔围成单模矩形谐振腔，所述双模矩形谐振 腔与所述单模矩形谐振腔通过耦合级联；所述下介质基板的下表面上设置有 一用于向所述双模矩形谐振腔馈电的馈电微带线； 所述第一金属层上对应于所述单模矩形谐振腔的部位设置有两条相互平 行辐射缝隙，该两条辐射缝隙均关于所述单模矩形谐振腔在所述第一金属层 上投影的中点中心对称且关于所述单模矩形谐振腔在所述第一金属层上投影 的第一中垂线轴对称。 2.  根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，所述单模矩形谐振腔 与所述双模矩形谐振腔局部对准，且该对准的部分所对应的所述第二金属层 以及所述第三金属层分别上分别设置有大小相同且相互正对的第一耦合缝隙 以及第二耦合缝隙，以将所述双模矩形谐振腔与所述单模矩形谐振腔耦合级 联。 3.  根据权利要求1或2所述的滤波天线，其特征在于，所述馈电微带线 沿着所述双模矩形谐振腔在所述第四金属层上的投影的中垂线设置，所述馈 电微带线、所述第一耦合缝隙以及所述第二耦合缝隙均呈矩形条状，所述馈 电微带线的长度方向与所述第二耦合缝隙在所述第四金属层上的投影的长度 方向相互垂直。 4.  根据权利要求3所述的滤波天线，其特征在于，所述第二耦合缝隙的 中点与所述单模矩形谐振腔在所述第二金属层上投影的中点重合，并且所述 第二耦合缝隙的长度方向与所述第一中垂线平行。 5.  根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，所述连接机构为粘合 介质。 6.  根据权利要求5所述的滤波天线，其特征在于，所述粘合介质为半固 化片。

说明书滤波天线
技术领域
本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种具有高带外抑制功能的滤波天 线。
背景技术
随着无线通信系统的高速发展，无线通讯终端在功能强大的同时，尺寸却 越来越小，因此像巴伦滤波器、功分滤波器、滤波天线等等的多功能组件设计 逐渐成为必然趋势。将天线和滤波器集成在一起可以有效降低系统的损耗、提 高系统的效率且能缩小系统的尺寸。滤波天线是将天线作为辐射单元的同时又 可以看作滤波器的最后一级谐振器，与其它谐振器集成在一起，形成电功率和 无线电波之间的转换，同时天线的增益和输入的回波损耗的响应分别类似滤波 器的传输响应与回波损耗响应。
目前，已经有多种传输线结构的滤波器及天线被应用到滤波天线的设计当 中，但是采用基片集成波导SIW技术设计的滤波天线较少，且已有设计的滤波 天线增益响应带外抑制不高。
发明内容
针对现有技术中的滤波天线的带外抑制不高的缺陷，提供一种具有高带外 抑制功能的滤波天线。
本发明解决技术问题采用的技术手段是：提供一种滤波天线，包括依次层 叠设置的上介质基板、连接机构以及下介质基板；所述上介质基板上设置有多 个第一金属化通孔，所述下介质基板上设置有多个第二金属化，所述上介质基 板的上表面和下表面分别设置有第一金属层和第二金属层，所述下介质基板的 上表面和下表分别设置有第三金属层和第四金属层；所述第三金属层、所述第 四金属层以及该多个第二金属化通孔围成一双模矩形谐振腔，所述第一金属 层、所述第二金属层以及该多个第一金属化通孔围成单模矩形谐振腔，所述双 模矩形谐振腔与所述单模矩形谐振腔通过耦合级联；所述下介质基板的下表面 上设置有一用于向所述双模矩形谐振腔馈电的馈电微带线；
所述第一金属层上对应于所述单模矩形谐振腔的部位设置有两条相互平 行辐射缝隙，该两条辐射缝隙均关于所述单模矩形谐振腔在所述第一金属层上 投影的中点中心对称且关于所述单模矩形谐振腔在所述第一金属层上投影的 第一中垂线轴对称。
在本发明提供的滤波天线中，所述单模矩形谐振腔与所述双模矩形谐振腔 局部对准，且该对准的部分所对应的所述第二金属层以及所述第三金属层分别 上分别设置有大小相同且相互正对的第一耦合缝隙以及第二耦合缝隙以将所 述双模矩形谐振腔与所述单模矩形谐振腔耦合级联。
在本发明提供的滤波天线中，所述馈电微带线沿着所述双模矩形谐振腔在 所述第四金属层上的投影的中垂线设置，所述馈电微带线、所述第一耦合缝隙 以及所述第二耦合缝隙均呈矩形条状，所述馈电微带线的长度方向与所述第二 耦合缝隙在所述第四金属层上的投影的长度方向相互垂直。
在本发明提供的滤波天线中，所述第二耦合缝隙的中点与所述单模矩形谐 振腔在所述第二金属层上投影的中点重合，并且所述第二耦合缝隙的长度方向 与所述第一中垂线平行。
在本发明提供的滤波天线中，所述连接机构为粘合介质。
在本发明提供的滤波天线中，所述粘合介质为半固化片。
实施本发明提供的滤波天线具有以下有益效果：
(1)、该滤波天线采用双模矩形谐振腔和单模矩形谐振腔级联的方法，使 本发明仅采用两个谐振腔级联可以在带内获得三个传输极点；
(2)、该发明所采用的双模矩形谐振腔使得设计的滤波天线在低于通带频 率和高于通带频率处各有一个零点，获得较高的带外抑制性能，从而提高了通 带的选择性；
(3)该发明的两个辐射缝隙的对称设置，使其具有超低交叉极化特性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明优选实施例中的滤波天线的立体结构示意图；
图2是图1所示实施例中的滤波天线的俯视图；
图3a是图1所示实施例中的滤波天线上的第二顶壁上无槽线时的电流分 布；
图3b是图1所示实施例中的滤波天线上的第二顶壁上有槽线时的电流分 布；
图4是图1所示实施例中的滤波天线的辐射方向图；
图5是图1所示实施例中的滤波天线的增益图和滤波器的S21参数对比 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首选实施例。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。本文所使用的 术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供了一种滤波天线。
如图1以及图2所示，该滤波天线包括依次层叠设置的上介质基板1、连 接机构2以及下介质基板3，该连接机构2用于连接上介质基板1以及下介质 基板3；连接机构2可以为粘合介质，进一步地，该粘合介质为半固化片。可 以理解地，该连接机构2的形式不限于此，还可以采用其他常见的连接方式。
具体地，上介质基板1上设置有多个第一金属化通孔8，所述下介质基板 3上设置有多个第二金属化通孔9，所述上介质基板1的上表面和下表面分别 设置有第一金属层4和第二金属层5，所述下介质基板3的上表面和下表分别 设置有第三金属层6和第四金属层7；所述第三金属层6、所述第四金属层7 以及该多个第二金属化通孔9围成一双模矩形谐振腔11，所述第一金属层4、 所述第二金属层5以及该多个第一金属化通孔8围成单模矩形谐振腔10，所 述双模矩形谐振腔11与所述单模矩形谐振腔10通过耦合级联；所述下介质基 板3的下表面上设置有一用于向所述双模矩形谐振腔11馈电的馈电微带线 12；所述第一金属层4上对应于所述单模矩形谐振腔10的部位设置有两条相 互平行辐射缝隙15，该两条辐射缝隙15均关于所述单模矩形谐振腔10在所 述第一金属层4上投影的中点中心对称且关于所述单模矩形谐振腔10在所述 第一金属层4上投影的第一中垂线轴对称。该第一中垂线是指该投影的一条边 的中垂线。该单模矩形谐振腔10通过该两个辐射缝隙15向外部辐射信号。
该滤波天线采用双模矩形谐振腔11和单模矩形谐振腔10级联的方法，使 本发明仅采用两个谐振腔级联就可以在带内获得三个传输极点；本发明所采用 的双模矩形谐振腔11使得设计的滤波天线在低于通带频率和高于通带频率处 各有一个零点，从而获得较高的带外抑制性能，进而提高了通带的选择性；本 发明的两个辐射缝隙15的对称设置，使该滤波天线具有超低交叉极化特性。
优选地，在本实施例中，单模矩形谐振腔10与双模矩形谐振腔11局部对 准，且该对准的部分所对应的所述第二金属层5以及所述第三金属层6上分别 设置有大小相同且相互正对的第一耦合缝隙13以及第二耦合缝隙14以将所述 双模矩形谐振腔11与所述单模矩形谐振腔10耦合级联。
进一步地，馈电微带线12、第一耦合缝隙13以及第二耦合缝隙14均呈 矩形条状。馈电微带线12沿着所述双模矩形谐振腔11在所述第四金属层7 上的投影的中垂线设置，所述馈电微带线12的长度方向与所述第二耦合缝隙 14在所述第四金属层7上的投影的长度方向相互垂直。该第二耦合缝隙14的 中点与所述单模矩形谐振腔10在所述第二金属层5上投影的中点重合，并且 所述第二耦合缝隙14的长度方向与该第一中垂线平行。
如图3a的电场分布所示，从构成该滤波天线的单模矩形谐振腔10对应的 第一金属层4中间的横向电流分布可以看出单模矩形谐振腔10振在TE102的模 式，单模矩形谐振腔10内靠近第一金属层4的短边的区域(如A和A1区域) 电流方向相同。因此，在A和A1区域各设置一条辐射信号用的辐射缝隙15， 可以形成双缝隙背腔天线。本发明提供的滤波天线中设置的两条辐射缝隙15 关于单模矩形谐振腔10在该第一金属层4上的投影的几何中心对称并关于该 投影的第一中垂线轴对称。因此对于滤波天线E面和H面上交叉极化来说具有 如图3b所示的完全对称的电流分布，从而可以使该滤波天线获得较低的交叉 极化特性。
如图4所示，本发明的滤波天线具有交叉极化低的特性，交叉极化低于主 极化约40dB，明显低于现有技术中的值。
如图5所示，本发明的滤波天线的增益也与用于滤波的滤波器的S21参数 相符合，两个带外零点对称的分布在通带频率的两侧，证明了发明提供的滤波 天线的高带外抑制性。
本发明提供的滤波天线不仅具有辐射信号的作用，还能对该信号进行滤 波，由于存在两个带外零点，因此具有很好的带外抑制谐波的作用，并且单模 矩形谐振腔10在该第一金属层4上的投影的几何中心对称并关于该投影的第 一中垂线轴对称，使得该滤波天线具有较低的交叉极化的特性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，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。