專利名稱：基于雙模雙阻帶濾波器的超寬帶多阻帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于短距離無線通信，數(shù)據(jù)傳輸?shù)某瑢拵炀€技術(shù)，該 類天線可有效地解決寬帶通信系統(tǒng)受其它現(xiàn)有窄帶通信系統(tǒng)信號干擾的問題。它 采用了一種雙模雙阻帶濾波器技術(shù)，可以使用單層平面印刷電路技術(shù)實現(xiàn)，特別 適合于需要抑制多個干擾的超寬帶通信系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
超寬帶通信系統(tǒng)在短距離無線接入和高速數(shù)據(jù)傳輸中具有很好的應(yīng)用前景， 它在近些年取得了很大的進展，但是它的廣泛應(yīng)用仍然面臨著許多需要解決的實 際問題。其中一個重要的困難是如何處理來自其它通信或鄰近射頻系統(tǒng)的干擾， 比如WLAN (無線局域網(wǎng))工作在2. 4 GHz (2400-2484 MHz), 5. 2 GHz (5150-5350 MHz)，和5. 8 GHz (5725-5825 MHz)處，WiMAX (微波存取全球互通) 系統(tǒng)工作在2.5 GHz (2500-2690 MHz), 3.5 GHz (3400-3690 MHz)和5. 8 GHz (5250-5825 MHz)處，其它還有藍牙和全球定位系統(tǒng)等，它們都將對超寬帶工作系 統(tǒng)構(gòu)成千擾。因此，設(shè)計一種具有多個阻帶的寬帶天線，用來濾除現(xiàn)有窄帶信號 的干擾，是非常有必要的。較常用的方法在貼片上開槽，比如li形，V形和L形槽 等。另一種方法是在貼片上加載圓形或者方形的開口諧振環(huán)，或者設(shè)計多個工作 在不同頻帶的天線相互形成阻帶。這三種方法存在固有的局限性， 一方面所形成 的阻帶品質(zhì)因素比較低，帶寬過大，抑制較小。另一方面是較難形成多個阻帶， 天線性能也會在形成多阻帶時惡化。因此，需要尋找其它更有效的方法。半?；?片集成波導(dǎo)(HMSIW)相比于微帶傳輸線等具有較高的品質(zhì)因素，損耗低，功率容 量大，并且能很好地實現(xiàn)與平面系統(tǒng)集成，它相比于基片集成波導(dǎo)(SIW)進一步減 小了腔體體積，它們可利用普通單層PCB工藝實現(xiàn)，便于加工，但是它不太容易 和微帶結(jié)合設(shè)計阻帶濾波器。200810123876.X
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發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種基于雙模雙阻帶濾波器的多阻帶超寬帶 天線，它使用了半?；刹▽?dǎo)腔體和微帶耦合線結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生雙模效應(yīng)， 每個模式對應(yīng)于一個阻帶，并且產(chǎn)生的阻帶具有較高的品質(zhì)因素，高次模式帶來 的影響比較小，它可以很好地滿足現(xiàn)代超寬帶通信系統(tǒng)需要很好地抑制多方干擾 的要求。
技術(shù)方案本發(fā)明提供了一類高性能的多阻帶超寬帶天線，它是基于一種新 型的雙模雙阻帶濾波器和圓盤天線等技術(shù)之上設(shè)計而成的。此雙阻帶濾波器由微 帶耦合線和一個基片集成波導(dǎo)半模腔體構(gòu)成，微帶耦合線和半?；刹▽?dǎo)腔 體各對應(yīng)于一個諧振模式從而能提供兩個阻帶。它采用普通的單層PCB板工藝實 現(xiàn)，設(shè)計和加工簡單。該類天線集成度高，阻帶抑制效果好，在超寬帶通信系統(tǒng) 中具有很好的應(yīng)用前景。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
該天線使用了單層介質(zhì)基片，在介質(zhì)基片的上下表面均敷有金屬銅箔，下層 金屬銅箔作為天線和微帶的地，上層金屬銅箔是50歐姆微帶線和圓盤貼片。在微 帶旁邊設(shè)有微帶耦合線，耦合線再通過微帶連向一個基片集成波導(dǎo)半模腔體?；?片集成波導(dǎo)半模腔體是由上下金屬貼片以及連接金屬貼片的金屬化通孔構(gòu)成的。 它的一邊是開放結(jié)構(gòu)，其它三邊可等效為電壁。天線的地作了圓形弧線漸變過渡， 以改善阻抗匹配。天線輻射體使用了標準圓盤。
本發(fā)明的基于雙模雙阻帶濾波器的多阻帶超寬帶天線包括介質(zhì)基片和位于介 質(zhì)基片上下表面的金屬銅箔，金屬化通孔貫穿于介質(zhì)基片，在介質(zhì)基片上表面設(shè) 有金屬銅箔制成的圓盤天線、微帶饋線、微帶耦合線、半模腔體貼片、和連接微 帶耦合線與半模腔體的微帶線；半模腔體由半模腔體貼片、金屬化通孔和位于背 面的金屬地組成，圓盤天線與微帶饋線連接，在微帶饋線的一側(cè)設(shè)有微帶耦合線， 微帶耦合線通過微帶線連接半模腔體貼片，在半模腔體貼片上不與微帶線連接的3 條邊上分別設(shè)有金屬化通孔。它的三邊均由金屬化通孔構(gòu)成，可以等效為電壁， 開放邊界可以近似為磁壁；能量通過50歐姆微帶線傳輸至圓盤天線處，在阻帶頻 率點處，能量經(jīng)微帶耦合線，半模腔體和微帶線組成的雙模諧振器作用后返回至輸入端。
使用了一個基片集成波導(dǎo)半模腔體來產(chǎn)生諧振并提供阻帶。該腔體具有較高 的品質(zhì)因數(shù)，所以生成的阻帶帶寬較小，抑制比較充分。并且由于其饋電微帶線 位于腔體的正中間，所以所有偶數(shù)模式均無法通過。因此第二個高次模距離較遠， 天線的可工作帶寬大大展寬了。
通過腔體短路到地的耦合微帶線同樣可以提供一個諧振點，從而產(chǎn)生一個對 應(yīng)的阻帶，它類似于L型諧振器。它與半模腔體一起構(gòu)成一個雙模諧振器，提供 兩個諧振點。
微帶線和微帶耦合線之間的空隙可以控制耦合量，從而可以控制阻帶的帶寬。 微帶耦合線長度和半模腔體的增加大小，可以減小諧振頻率，使阻帶下移。 圓盤天線的金屬地采用了圓弧狀的漸變線，用于阻抗匹配，增加工作帶寬。
有益效果
1. 該雙模濾波器可以提供兩個阻帶，阻帶的頻率位置和帶寬均是可控的，這非常 便于用來抑制干擾信號，利用兩個這種濾波器便可以提供四個阻帶，容易實現(xiàn) 多阻帶抑制。其中阻帶頻率可以通過改變半模腔體尺寸和耦合微帶線的長度實 現(xiàn)，而帶寬調(diào)整可以通過改變耦合微帶線和微帶線之間的距離實現(xiàn)。
2. 該類天線可以使用單層PCB工藝加工實現(xiàn)，設(shè)計比較簡單，加工成本低，平面 結(jié)構(gòu)適合與其它電路進行集成。
3. 該類天線所產(chǎn)生的阻帶具有較高的Q值，阻帶比較陡，帶寬較小，抑制比較充 分，非常適合用于抵抗現(xiàn)有WLAN和WiMAX等系統(tǒng)的干擾。
4. 該類天線使用了基片集成波導(dǎo)半模腔體技術(shù)，有效地減小了腔體尺寸，有利于 天線的小型化和集成化。
5. 該類天線受濾波器高次模的影響較小，因此具有極大的工作帶寬，可以覆蓋整 個UWB工作頻率。


圖1基于雙模雙阻帶濾波器的超寬帶多阻帶天線結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2雙阻帶超寬帶天線回波損耗測試結(jié)果圖。
具體實施例方式
雙模雙阻帶濾波器包括介質(zhì)基片和在介質(zhì)基片上下所敷的金屬銅箔，以及連 接銅箔的金屬化通孔5組成。能量主要通過50歐姆微帶饋線1進行傳輸，在微帶 饋線1 一側(cè)設(shè)有微帶耦合線3、耦合線3通過微帶線7連接至基片集成半模腔體4。 半模腔體4由半模腔體貼片6、金屬化通孔5和金屬地9組成，它的三邊均由金屬 化通孔5構(gòu)成，可以等效為電壁，另一邊呈開放結(jié)構(gòu)，可以近似為磁壁。微帶線7 由半模腔體4開放邊界中心接出連向耦合微帶線3中心。通過腔體接地的耦合微 帶線3可以構(gòu)成一諧振器，而通過微帶連接的半模腔體4也可以構(gòu)成一諧振器。 因此兩者結(jié)合起來可以組成一雙模結(jié)構(gòu)，和微帶饋線1共同組成了一雙模雙阻帶 濾波器。
天線設(shè)計在基片的上表面金屬上，采用了圓盤天線。它由圓盤10，微帶饋線 1，以及圓弧過渡的金屬地9實現(xiàn)。金屬地9的邊進行圓弧過渡主要是為了更好的 實現(xiàn)阻抗匹配，以實現(xiàn)更大的工作帶寬。
實施實例為基于雙模雙阻帶濾波器的超寬帶天線。
天線設(shè)計所使用的基片材料均為f4bk，介電常數(shù)為2.65，在10GHz處的正 切角損耗為0.001?；穸葹?.5 mra。所使用金屬為0. 018咖厚的銅。整個天 線尺寸約為8 mmX4 mm，如果使用高介電常數(shù)的基片，濾波器的尺寸可以進一步 減小。
微帶和耦合微帶線之間的距離可以改變耦合量，從而控制阻帶的帶寬。耦合 微帶線和傳統(tǒng)的L型諧振器類似，因此可以提供一個諧振點，生成一個阻帶。半 模腔體也可以提供一個諧振模式，其工作的主模為半TE皿模。由于連接該半模腔 體的微帶線位于腔體開放邊界的中間，因此半TE2w模無法將能量耦合出來，因為 該模式的電場在腔體中間為零。由于半模腔體一邊是開放結(jié)構(gòu)，因此它也無法支 持垂直開放邊界方向上的偶數(shù)模式。而微帶耦合線對應(yīng)的高次模也相距比較遠， 所以此阻帶濾波器受高次模的影響較小，可以提供很大的工作頻率范圍，覆蓋了 整個UWB頻率。半模腔體所對應(yīng)的阻帶主要由腔體大小控制，同時也會略受耦合 微帶線的影響。總體而言，兩個頻帶是可以獨立控制的。
權(quán)利要求
1.一種基于雙模雙阻帶濾波器的多阻帶超寬帶天線，其特征在于該天線包括介質(zhì)基片和位于介質(zhì)基片上下表面的金屬銅箔，金屬化通孔(5)貫穿于介質(zhì)基片，在介質(zhì)基片上表面設(shè)有金屬銅箔制成的圓盤天線(10)、微帶饋線(1)、微帶耦合線(3)、半模腔體貼片(6)、和連接微帶耦合線(3)與半模腔體(4)的微帶線(7)；半模腔體(4)由半模腔體貼片(6)、金屬化通孔(5)和位于背面的金屬地(9)組成，圓盤天線(10)與微帶饋線(1)連接，在微帶饋線(1)的一側(cè)設(shè)有微帶耦合線(3)，微帶耦合線(3)通過微帶線(7)連接半模腔體貼片(6)，在半模腔體貼片(6)上不與微帶線(7)連接的3條邊上分別設(shè)有金屬化通孔(5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙模雙阻帶濾波器的多阻帶超寬帶天線，其特 征在于微帶耦合線(3)長度和半模腔體(4)的增加大小，可以減小諧振頻率， 使阻帶下移。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙模雙阻帶濾波器的多阻帶超寬帶天線，其特 征在于圓盤天線(10)的金屬地(9)采用了圓弧狀的漸變線，用于阻抗匹配，增 加工作帶寬。
全文摘要
基于雙模雙阻帶濾波器的多阻帶超寬帶天線涉及一種可應(yīng)用于短距離無線通信，數(shù)據(jù)傳輸?shù)某瑢拵炀€技術(shù)，該類天線可有效地解決寬帶通信系統(tǒng)受其它現(xiàn)有窄帶通信系統(tǒng)信號干擾的問題。它采用了一種雙模雙阻帶濾波器技術(shù)，可以使用單層平面印刷電路技術(shù)實現(xiàn)，特別適合于需要抑制多個干擾的超寬帶通信系統(tǒng)中，它是基于一種新型的雙模雙阻帶濾波器和圓盤天線等技術(shù)之上設(shè)計而成的。此雙阻帶濾波器由微帶耦合線和一個基片集成波導(dǎo)半模腔體構(gòu)成，微帶耦合線和半?；刹▽?dǎo)腔體各對應(yīng)于一個諧振模式從而能提供兩個阻帶。它采用普通的單層PCB板工藝實現(xiàn)，設(shè)計和加工簡單。該類天線集成度高，阻帶抑制效果好，在超寬帶通信系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號H01Q13/08GK101286589SQ20081012387
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者偉 洪, 董元旦 申請人:東南大學(xué)