[發明專利]一種集成波導饋電的毫米波基片集成介質濾波天線

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• 申請號: 202210495960.4
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114937868A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 陳建新;王曉凡;楊玲玲;唐世昌;秦偉;楊永杰
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H01Q5/55
• 分類號: H01Q5/55;H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50
• 代理公司: 南通博瑞達專利代理事務所(特殊普通合伙) 32530
• 代理人: 劉翔

本發明涉及一種集成波導（SIW）饋電的毫米波基片集成介質濾波天線，由包括帶耦合槽的SIW饋電結構在內的三層基板、添加金屬化通孔的介質以及六層金屬層組成。在不增加額外電路的情況下，SIW本身自帶的高通特性在較低阻帶中實現了良好輻射抑制水平；通過在介質上引入金屬化通孔把高次模向主模拉近，拓展了帶寬；同時更高次模式所形成的天然的輻射零點也隨之向低頻移，保證通帶的高選擇性；天線使用基片集成的技術以便于組裝。本濾波天線沒有額外的濾波電路就能實現良好的濾波性能，介質同時具有輻射和濾波的功能，由于基片集成的設計，增益也比這個頻段的天線的增益高，達到9.69 dBi,同時在26.89–29.21 GHz范圍內實現了8.3%的帶寬。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及一種集成波導饋電的毫米波基片集成介質濾波天線。

背景技術

隨著現代通信的快速發展，不斷發展的移動互聯網對數據傳輸的速率和信息交換的容量提出了更高的要求，并且小型化、高性能和低成本已成為微波電路的基本要求。在大部分射頻前端中，帶通濾波器和天線作為兩個關鍵部件通常是分開設計的。近些年，適當的整合天線和濾波器被證明是降低成本以及微波系統的功能塊尺寸的有效方法。為了將濾波器和天線結合，即濾波天線的設計，漸漸發展了很多方法，主要思路可以分為三類。傳統來說，第一種方法是設計帶通/帶阻濾波器和天線，然后將它們組合在一起。顯然，對于這種架構，濾波器和天線之間不可避免的存在體積龐大和顯著的插入損耗的問題。在第二種方法中，天線既是濾波天線的輻射器又是最后一級諧振器。但是，它們都屬于級聯設計，特別是在饋電網絡中結構笨重。

近十年來，提出了一種濾波天線的新元件并立即引起了極大的興趣。這種元件同時具備濾波和輻射功能，順應了多功能、高集成化趨勢前端的需求。然而遺憾的是，目前對濾波天線的研究主要集中在sub-6 GHz頻段，毫米波頻段的濾波天線仍處于起步階段。毫米波通信憑借可提供較寬的帶寬，避免低頻的干擾、高數據速率、低時延等優勢，在5G應用中很有前景。由于插入損耗低、功率容量大以及易于集成的優點，集成波導（SIW）技術得到了深入研究，以用于設計高性能毫米波濾波天線。

最直接方法是將SIW濾波器級聯到濾波天線上，然而，這種方式實際上無助于實現緊湊的尺寸和降低插入損耗。因此，基于濾波器理論的協同設計的方法被提出。一種將縫隙天線與SIW濾波器集成在一起的合成技術被提出，它結合濾波器合成原理，將帶通濾波器中的末級諧振器替換為狹縫輻射器，獲得了良好的濾波響應。為了提高選擇性，交叉耦合方案被用于獲得額外的輻射零點，有助于更銳利的濾波響應。此外，一種SIW四路反相濾波功率分配器饋電的毫米波濾波貼片天線陣列也被提出。接著，還有文獻報道了一種新型SIW饋電的毫米波寬帶濾波天線單元，然后經過一些設計組成了濾波天線陣列。值得注意的是，上述的濾波天線的輻射器部分都是金屬材質，而且整體天線結構相對復雜，體積較大。金屬天線在高頻尤其毫米波段的輻射效率會顯著降低。而介質諧振器在高頻由于沒有金屬損耗，輻射效率較高,如果考慮到這點，相對于微帶貼片天線，介質天線更適合毫米波頻段。所以提出一個在毫米波頻段結構簡單且輻射效率高的SIW濾波天線很有必要。

發明內容

本發明的目的在于：克服上述現有技術的缺陷，提出一種集成波導饋電的毫米波基片集成介質濾波天線，由于介質具有易于激發、體積小、重量輕、輻射效率高等優點，很適合在毫米波段工作。首先SIW自帶的高通特性能夠在低端形成很好的輻射抑制。接著通過在介質上添加金屬化通孔拓展了帶寬，同時拉近了高頻天然的輻射零點，保證了通帶內良好的頻率選擇性。然后通過基片集成技術，提高天線集成度，實現了最終設計。

為了達到上述目的，本發明提出的