專利名稱：基于半模基片集成波導(dǎo)腔體的多阻帶超寬帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于短距離無(wú)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(hào)干擾的問(wèn)題。它 采用了半?；刹▽?dǎo)(Half Mode Substrate Integrated Waveguide HMSIW) 以及雙層平面印刷電路技術(shù)，特別適合于需要抑制多個(gè)干擾或者工作于多頻帶的 寬帶通信系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
超寬帶通信系統(tǒng)在近五年的時(shí)間內(nèi)取得了很大的進(jìn)展，但是它的廣泛應(yīng)用仍 然面臨著許多需要解決的實(shí)際問(wèn)題。其中一個(gè)重要的困難是如何處理來(lái)自其它通 信或鄰近射頻系統(tǒng)的干擾，比如WLAN (無(wú)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(lán)牙或全球定位系 統(tǒng)等，它們都將對(duì)超寬帶工作系統(tǒng)構(gòu)成干擾。另一方面，很多系統(tǒng)都要求進(jìn)行多 頻帶工作。因此，設(shè)計(jì)一種具有多個(gè)阻帶的寬帶天線，用來(lái)濾除其它窄帶信號(hào)的 干擾，或者形成多個(gè)間隔的工作頻帶，是非常有必要的。較常用的方法在貼片上 開(kāi)槽，比如U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(kāi) 口諧振環(huán)，或者設(shè)計(jì)多個(gè)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(guò)大，抑制較小。另 一方面是較難形成多個(gè)阻帶，天線性能也會(huì)在形成多阻帶時(shí)惡化。因此，需要尋 找其它更有效的方法?；刹▽?dǎo)(SIW)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(shí)現(xiàn)與平面系統(tǒng)集成。半?；?波導(dǎo)(HMSIW)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步減小了腔體體積，它們可利用普通PCB工藝實(shí)現(xiàn)， 便于加工。因此可以嘗試?yán)没刹▽?dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高性能的多阻帶超寬帶天線。技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提出一種基于半模基片集成波導(dǎo)腔體的多阻帶超 寬帶天線，它使用了半?；刹▽?dǎo)腔體技術(shù)，可以產(chǎn)生多個(gè)阻帶，并且產(chǎn)生 的阻帶具有很高的品質(zhì)因素，它可以很好的滿足現(xiàn)代寬帶通信系統(tǒng)需要很好地抑制多方干擾的要求，同時(shí)也適合應(yīng)用于多頻帶通信系統(tǒng)中。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，它是基于圓盤天 線，漸變微帶饋線，半?；刹▽?dǎo)等技術(shù)之上設(shè)計(jì)而成的，它采用了雙層PCB 板工藝，天線饋線及輻射貼片設(shè)計(jì)在上層，腔體設(shè)計(jì)在下層，通過(guò)在中間金屬層 開(kāi)縫隙進(jìn)行耦合。該天線集成度高，阻帶抑制效果好，在寬帶通信系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)用前景。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案該天線包括兩層介質(zhì)基片，在下層介質(zhì)基片的下表面設(shè)有下層金屬銅箔，在 下層介質(zhì)基片與上層介質(zhì)基片之間設(shè)有中間金屬層和粘合層，在上層介質(zhì)基片的 上表面敷設(shè)有上金屬銅箔制成的圓盤天線、微帶饋線、微帶阻抗變換線，圓盤天 線通過(guò)微帶阻抗變換線與微帶饋線相接，圓盤天線的地由中間層金屬層構(gòu)成；半 模腔體是由中間金屬層和下層金屬銅箔、下層介質(zhì)基片、以及連接中間金屬層和 下層金屬銅箔的金屬化通孔構(gòu)成的，半模腔體中還設(shè)有內(nèi)金屬化通孔，可以起到 調(diào)整諧振頻率，從而調(diào)整阻帶位置的作用。在中間層金屬上切除了一個(gè)準(zhǔn)半圓形 區(qū)域以改善天線的輻射性能并且減小天線的尺寸；在中間層金屬上同時(shí)開(kāi)了一個(gè) 長(zhǎng)矩形槽，它的作用是將能量在微帶饋線與半模腔體間進(jìn)行耦合。長(zhǎng)矩形槽長(zhǎng)度和半模腔體的一邊大小很接近，這樣使下層的腔體構(gòu)成了一個(gè) 半模腔體，該腔體由于其開(kāi)口邊界而不能支持全模方式，只能形成半模，從而使 腔體尺寸和阻帶的間隔增大了。微帶饋線處于開(kāi)口縫隙的中間，即腔體的正中間。開(kāi)口縫隙可以位于端口處或者靠近圓盤處，從而可以靠調(diào)整微帶線的寬度控制耦 合量，起到控制阻帶帶寬的作用。腔體內(nèi)的金屬化通孔可以起到調(diào)整諧振頻率，從而調(diào)整阻帶位置的作用，它 們并不是必須的，需要同時(shí)調(diào)整3個(gè)以上阻帶時(shí)比較有用。由于微帶位于腔體的 正上方中心處，因此Y方向上的偶數(shù)模式，由于電場(chǎng)在中間最弱，也無(wú)法耦合出來(lái)，從而不會(huì)影響傳輸特性。能量由微帶饋入，在非諧振點(diǎn)上，通過(guò)圓盤輻射出 去，在諧振點(diǎn)上，能量通過(guò)槽耦合到腔體后，經(jīng)過(guò)反射再由槽耦合到微帶上，返 回到輸入端。腔體起短路的作用，因而能量無(wú)法到達(dá)圓盤處。有益效果1. 該類天線可以提供多個(gè)阻帶，因此可以屏蔽來(lái)自多方面的信號(hào)干擾，而一般的 阻帶天線僅能提供一到兩個(gè)阻帶。天線提供的阻帶帶寬和位置均是可控的，能 適用于各種具體的要求。阻帶頻率可以通過(guò)改變腔體尺寸和腔內(nèi)金屬孔進(jìn)行調(diào) 整，而帶寬調(diào)整可以通過(guò)改變耦合槽和微帶線寬度實(shí)現(xiàn)。2. 該類天線所產(chǎn)生的阻帶具有極高的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。3. 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。4. 該類天線可以使用PCB工藝加工實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，平面結(jié)構(gòu)適合與其它電 路進(jìn)行集成，下方的封閉腔體不會(huì)影響上方電路布線，也不會(huì)影響輻射單元的 性能。


圖1是基于基片集成波導(dǎo)半模腔體的多阻帶寬帶天線結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1 (a)為3-D整體效果圖，圖1 (b)為側(cè)視圖。/^為上層介質(zhì)厚度，^為粘合層厚度，/ 3為下層介質(zhì)厚度。圖2是多阻帶寬帶天線俯視結(jié)構(gòu)圖(a)參數(shù)示意圖，(b)各實(shí)施實(shí)例中的 參數(shù)大小表(單位MM)。 g/為天線的整體長(zhǎng)度，gw為天線的整體寬度， 為微帶饋入線的寬度，rf為微帶饋入線的長(zhǎng)度，《為微帶漸變線的長(zhǎng)度，W2為圓盤饋入點(diǎn)的微帶寬度，^為圓盤邊緣與中間層半圓弧槽一邊的距離，d為圓盤的直徑，/ 為半圓弧槽的直徑，sw和s/為縫隙耦合槽的寬度和長(zhǎng)度，M為腔體的邊與縫隙耦 合槽的一邊的距離，rx為腔體的一邊和腔體內(nèi)金屬化通孔的距離，為腔體的另 一邊和深入腔體內(nèi)部的金屬化通孔的最大距離。c/和cw為腔體的長(zhǎng)度和寬度。# 為下層金屬銅箔的長(zhǎng)度，A為半圓弧槽中矩形的長(zhǎng)度。圖3是天線回波損耗測(cè)試和仿真結(jié)果，虛線為仿真結(jié)果，實(shí)線為測(cè)試結(jié)果(a) 雙阻帶，(b)三阻帶，(c)四阻帶。圖4是天線方向性圖測(cè)試結(jié)果(a)雙阻帶，(b)三阻帶(c)，四阻帶。
具體實(shí)施方式
多阻帶寬帶天線(如圖1-2所示)包括兩層介質(zhì)基片4和5，在5的上下表面均 直接敷金屬銅7和IO，然后通過(guò)一層粘合劑6和上層介質(zhì)4連接，在介質(zhì)基片4的 上表面同樣敷金屬銅。天線設(shè)計(jì)在基片4的上表面金屬上，采用了圓盤天線。它 由圓盤l，微帶饋線2，以及微帶阻抗變換線3構(gòu)成。微帶以及天線的地由中間層 金屬7構(gòu)成，在天線的地7上切除了一個(gè)準(zhǔn)半圓形區(qū)域8以改善天線的輻射性能 并且減小天線的尺寸。在7上同時(shí)開(kāi)了一個(gè)長(zhǎng)矩形槽9，它的作用是將能量在微帶 和腔體間進(jìn)行耦合。同時(shí)，槽和腔體的一邊大小基本等長(zhǎng)，可以使腔體構(gòu)成一個(gè) 半模腔體ll，因?yàn)榇藭r(shí)無(wú)法激勵(lì)起全模，半模腔體的好處是尺寸幾乎是全模腔體 尺寸的一半，同時(shí)由于腔體無(wú)法在X方向上激勵(lì)起偶次模式，因此產(chǎn)生的阻帶之 間的間隔拓展了，由此天線的工作帶寬也可以展寬。半模腔體是由金屬層7和i0， 基片5，以及四個(gè)邊上的金屬化通孔12構(gòu)成的，槽9起開(kāi)口邊界的作用。實(shí)施例1為半模腔體雙阻帶寬帶天線，實(shí)施例2為半模腔體三阻帶寬帶天線， 實(shí)施例3為半模腔體四阻帶寬帶天線。天線設(shè)計(jì)所使用的上下兩層基片材料均為Taconic TLY-5，介電常數(shù)為2.2， 正切角損耗為0.0009，所使用的粘合劑材料為TaconicTPG-30，介電常數(shù)為3.0, 正切角損耗為0.0038。基片厚度為0.508 mtn，粘合層厚度為0. 12 mm，如圖1所 示。所使用金屬為0.018 mra厚的銅。對(duì)于雙阻帶天線，槽設(shè)計(jì)在腔體的右方，及 靠近輻射圓盤的一邊，所使用的兩個(gè)模式為半了￡|,,|模和半16:, |模，腔體較小，所 設(shè)計(jì)的阻帶頻率位于3. 5 GHz和5. 8 GHz處，是WLAN和WiMAX的工作頻率。對(duì)于 三阻帶天線，槽設(shè)置在腔體左邊靠近輸入端口處，腔體內(nèi)部使用了金屬化通孔調(diào) 整阻帶位置，所設(shè)計(jì)的阻帶位置位于2.4GHz, 3. 5 GHz和5. 2 GHz處，同樣是WLAN 和WiMAX的工作頻率，所用的模式類似為半TE,u,模，半TE,(,:,模，半TE鵬模。四阻 帶天線的耦合槽位于腔體的左邊，靠近輸入端口。所使用的模式為半TE,。,模，半 TE則模，半TEu,5模和半TEu,7模。圖2說(shuō)明了所設(shè)計(jì)的三個(gè)天線各個(gè)參數(shù)的值。圖3 為天線的回波損耗測(cè)試結(jié)果，圖4為測(cè)得的天線方向性圖。
權(quán)利要求
1.一種基于半?；刹▽?dǎo)腔體的多阻帶超寬帶天線，其特征在于該天線包括兩層介質(zhì)基片，在下層介質(zhì)基片(5)的下表面設(shè)有下層金屬銅箔(10)，在下層介質(zhì)基片(5)與上層介質(zhì)基片(4)之間設(shè)有中間金屬層(7)和粘合層(6)，在上層介質(zhì)基片(4)的上表面敷設(shè)有上金屬銅箔制成的圓盤天線(1)、微帶饋線(2)、微帶阻抗變換線(3)，圓盤天線(1)通過(guò)微帶阻抗變換線(3)與微帶饋線(2)相接，圓盤天線(1)的地由中間層金屬層(7)構(gòu)成；半模腔體(11)是由中間金屬層(7)和下層金屬銅箔(10)、下層介質(zhì)基片(5)、以及連接中間金屬層(7)和下層金屬銅箔(10)的金屬化通孔(12)構(gòu)成，半模腔體(11)中還設(shè)有內(nèi)金屬化通孔(13)，可以起到調(diào)整諧振頻率，從而調(diào)整阻帶位置的作用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半?；刹▽?dǎo)腔體的多阻帶超寬帶天線， 其特征在于在中間層金屬(7)上切除了一個(gè)準(zhǔn)半圓形區(qū)域(8)以改善天線的輻 射性能并且減小天線的尺寸；在中間層金屬(7)上同時(shí)丌了一個(gè)長(zhǎng)矩形槽(9)， 它的作用是將能量在微帶饋線(2)與半模腔體(11)間進(jìn)行耦合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半?；刹▽?dǎo)腔體的多阻帶超寬帶天線， 其特征在于長(zhǎng)矩形槽(9)長(zhǎng)度和半模腔體(11)的一邊大小很接近，這樣使下層 的腔體(11)構(gòu)成了一個(gè)半模腔體，該腔體由于其開(kāi)口邊界而不能支持全模方式， 只能形成半模，從而使腔體尺寸變小了，阻帶之間的間隔增大了。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半?；刹▽?dǎo)腔體的多阻帶超寬帶天線， 其特征在于微帶饋線(2)處于丌口縫隙的中間，即腔體的JH中間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半?；刹▽?dǎo)腔體的多阻帶超寬帶天線， 其特征在于丌口縫隙(9)可以位于端口處或者靠近圓盤處，從而可以靠調(diào)整微帶 線的寬度控制耦合量，起到控制阻帶帶寬的作用。
全文摘要
基于半?；刹▽?dǎo)腔體的多阻帶超寬帶天線涉及一種可應(yīng)用于短距離無(wú)線通信，數(shù)據(jù)傳輸?shù)某瑢拵炀€技術(shù)，包括兩層介質(zhì)基片，在下層介質(zhì)基片(5)的下表面設(shè)有下層金屬銅箔(10)，在下層介質(zhì)基片與上層介質(zhì)基片(4)之間設(shè)有中間金屬層(7)和粘合層(6)，在上層介質(zhì)基片的上表面敷設(shè)有上金屬銅箔制成的圓盤天線(1)、微帶饋線(2)、微帶阻抗變換線(3)，圓盤天線(1)通過(guò)微帶阻抗變換線(3)與微帶饋線(2)相接，圓盤天線(1)的地由中間層金屬層(7)構(gòu)成；半模腔體(11)是由中間金屬層(7)和下層金屬銅箔、下層介質(zhì)基片、以及連接中間金屬層(7)和下層金屬銅箔的金屬化通孔(12)構(gòu)成，半模腔體中還設(shè)有內(nèi)金屬化通孔(13)。
文檔編號(hào)H01Q13/00GK101276957SQ20081002037
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者偉 洪, 董元旦 申請(qǐng)人:東南大學(xué)