一種層疊式腔體濾波天線的制作方法

本發明涉及一種濾波天線，尤其是一種層疊式腔體濾波天線，屬于無線通信領域。

背景技術：

微波濾波器和天線都是現代無線通信中必不可少的主件，然而為了適應現代通訊的小型化要求，濾波器和天線這兩個部件可以嘗試制作為同一部件中。現在有濾波器天線是使用微帶技術制作的，同時也有一些采用了siw或者喇叭狀來實現濾波器天線的效果，但是這些濾波器與天線都在同一個通頻帶內。

現代技術的發展要求濾波器具有體積足夠小，質量足夠輕，損耗足夠低，抑制帶盡可能的陡峭，且功率容量高，過渡帶窄等技術特點。同時傳統的天線與濾波器大部分都是分開設計的，而相對于微波電路中的其他元器件，這兩個元器件的體積都是比較大的，因此在當前無線通信要求小型化的潮流中，需要設計出一款可以將濾波功能與天線功能結合的產品。目前有的天線濾波器主要是通過使用微帶電路來實現的，也有采用siw與喇叭狀等結構的。這些濾波天線具有體積小的優點，但是他們共同的特點是把天線功能的通頻帶與濾波器的通頻帶設計在一個帶內，對于要求天線與濾波器工作在不同帶內的情況，就有所欠缺難以滿足了。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供了一種層疊式腔體濾波天線，該濾波天線具有體積小，結構簡單、加工容易、性能好等優點，能夠滿足通信系統的要求。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種層疊式腔體濾波天線，包括多塊pcb板，所述多塊pcb板從下到上依次層疊，且除底部和頂部外的其它pcb板中間挖空，形成金屬諧振腔體，所述金屬諧振腔體的底部設有兩個導體組件，頂部開有構成二元陣列天線的兩個縫隙。

進一步的，每個縫隙上設有一個短路開關。

進一步的，所述兩個縫隙均為矩形縫隙。

進一步的，所述兩個導體組件均由同軸外導體和同軸內導體組成，所述同軸外導體固定在金屬諧振腔體的底部外壁上，所述同軸內導體的一端與同軸外導體連接，另一端插入金屬諧振腔體的內部。

進一步的，所述同軸外導體采用sma接頭，所述同軸內導體采用耦合桿，所述sma接頭的末端與耦合桿的一端焊接。

進一步的，所述sma接頭上設有四個通孔，所述金屬諧振腔體的底部外壁上開有四個螺紋孔，四個螺紋孔與四個通孔相對應，通過螺釘穿過通孔后與螺紋孔配合將sma接頭固定在金屬諧振腔體的底部外壁上。

進一步的，所述兩個導體組件分別設置在金屬諧振腔體底部中軸線的左右兩邊，且左右對稱。

進一步的，所述兩個縫隙分別開在金屬諧振腔體頂部中軸線的左右兩邊，且左右對稱。

本發明相對于現有技術具有如下的有益效果：

1、本發明將多塊pcb板從下到上依次層疊，并在除底部和頂部外的其它pcb板中間進行挖空，形成金屬諧振腔體，在金屬諧振腔體的底部設置兩個導體組件，通過兩個導體組件進行饋電和激勵三模的產生，實現三模金屬諧振腔體帶通濾波器，同時在金屬諧振腔體的頂部開了兩個縫隙，組成了一個二元陣列天線，二元陣列天線可以滿足濾波器與天線同時工作在不同頻率的特殊性能，具有性能優良、結構簡單，體積小巧，加工容易，成本低廉等優點，能夠很好的滿足現代通訊系統的要求。

2、本發明可以在兩個縫隙上分別設置短路開關，當兩個短路開關都關閉時，能量就不能從兩個縫隙中出來，金屬諧振腔體、兩個導體組件一起構成一個純粹的濾波器，當其中一個短路開關關閉，另一個短路開關打開時，能量就會從打開的短路開關所對應的縫隙出來，作為單天線使用，當兩個短路開關都打開時，能量就會從兩個縫隙中出來，構成一個二元陣列天線，滿足通信的各種需求。

3、本發明與現有的濾波天線相比，濾波器的通頻帶與天線的通頻帶是分開的，濾波器部分和天線部分可以同時工作在不同的頻率，即可以同時實現對不同頻率的天線發射與信號濾波功能，且金屬諧振腔體濾波器具有高的頻率選擇性、低插損、功率容量大、性能穩定等優點而具有很高的應用價值；此外，由于天線具有結構穩定、體積小巧等優點，特別適合安裝在衛星等高速飛行器上。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的濾波天線結構示意圖。

圖2為本發明實施例1的濾波天線正視圖。

圖3為本發明實施例1的濾波天線俯視圖。

圖4為本發明實施例1的濾波天線的s參數電磁仿真曲線圖。

圖5為本發明實施例1的濾波天線其中一個輸出端口的輻射方向極化圖。

圖6為本發明實施例1的濾波天線的主瓣幅度電磁仿真曲線圖。

其中，1-金屬諧振腔體，2-第一同軸外導體，3-第二同軸內導體，4-第二同軸外導體，5-第二同軸內導體，6-第一縫隙，7-第二縫隙，8-第一短路開關，9-第二短路開關。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1：

如圖1～圖3所示，本實施例提供了一種層疊式腔體濾波天線，該濾波天線包括多塊pcb板，將多塊pcb板從下到上依次層疊加工，并將除底部和頂部外的其它pcb板中間進行挖空加工，使整個層疊結構形成金屬諧振腔體1，中間挖空的pcb板作為金屬諧振腔體1的側壁，金屬諧振腔體1頂部的pcb板和底部的pcb板與金屬諧振腔體1的側壁相接。

所述金屬諧振腔體1的底部設有兩個導體組件，兩個導體組件分別設置在金屬諧振腔體1底部中軸線的左右兩邊，且左右對稱，兩個導體組件分別為第一導體組件和第二導體組件，第一導體組件由第一同軸外導體2和第一同軸內導體3組成，第二導體組件由第二同軸外導體4和第二同軸內導體5組成，所述第一同軸外導體2和第二同軸外導體4固定在金屬諧振腔體1的底部外壁上，所述第一同軸內導體3的一端與第一同軸外導體2連接，另一端插入金屬諧振腔體1的內部，所述第二同軸內導體5的一端與第一同軸外導體4連接，另一端插入金屬諧振腔體1的內部，利用第一同軸內導體3和第二同軸內導體5作為輸入端口(饋電端口)，用于進行饋電和激勵三模的產生，實現三模金屬諧振腔體帶通濾波器；所述第一同軸外導體2均和第二同軸外導體4采用sma接頭，所述第一同軸內導體3和第二同軸內導體5采用耦合桿，sma接頭的末端與耦合桿的一端焊接，sma接頭上設有四個通孔，在金屬諧振腔體1的底部外壁上開設四個螺紋孔，四個螺紋孔與四個通孔相對應，通過螺釘穿過通孔后與螺紋孔配合將sma接頭固定在金屬諧振腔體1的底部外壁上。

所述金屬諧振腔體1的頂部開有構成二元陣列天線的兩個縫隙，兩個縫隙均為矩形縫隙，分別開在金屬諧振腔體1頂部中軸線的左右兩邊，且左右對稱，兩個縫隙分別為第一縫隙6和第二縫隙7，第一縫隙6上設有第一短路開關8，第二縫隙7上設有第二短路開關9，第一短路開關8可以對第一縫隙6進行控制，第二短路開關9可以對第二縫隙7進行控制，如果將第一短路開關8和第二短路開關9都關閉，則能量就不能從第一縫隙6和第二縫隙7中出來，金屬諧振腔體1、第一導體組件和第二導體組件一起構成一個純粹的濾波器；如果將第一短路開關8關閉，第二短路開關9打開，則能量就會從第二縫隙7中出來，作為單天線使用，第二縫隙7的方向也就是天線輻射的方向；如果將第一短路開關8打開，第二短路開關9關閉，則能量從就從第一縫隙6中出來，作為單天線使用，第一縫隙6的方向也就是天線輻射方向；如果將第一短路開關8和第二短路開關9都打開，則能量就可以同時從第一縫隙6和第二縫隙7中出來，輻射出去，第一縫隙6和第二縫隙7都作為輸出端口(輻射端口)，構成二元陣列天線，可以滿足濾波器與天線同時工作在不同頻率的特殊性能。

本實施例的濾波天線頻率響應的s參數電磁仿真曲線如圖4所示，圖中s11是指輸入端口的回波損耗，s21是指輸入端口到輸出端口的正向反射系數，可以看到在3.84ghz～7.08ghz的頻率范圍內，s11的值都在-10db以下，且有三個明顯的諧振點，這部分是三模濾波器的頻率范圍，而在8.35ghz～8.43ghz的頻率范圍內，s11的值都在-10db以下，這部分是天線的頻率范圍，很好的滿足了現代通訊系統的要求；

本實施例的濾波天線其中一個輸出端口(輻射端口)的輻射方向極化圖如圖5所示，同理，另一個輸出端口(輻射端口)的輻射方向極化圖形狀完全相同，只是輻射方向相反；

本實施例的濾波天線的主瓣幅度如圖6所示，主瓣幅度在8.2ghz開始，主瓣增益開始大于0db，有能量輸出，并且逐漸增大，到了8.56ghz(工作頻率)時達到最高，最高天線增益為8.08增益，一直持續到8.7ghz的時候都在8.0db增益左右，之后持續下降，到9ghz的時候，增益降到0db以下，沒有能量輸出。

實施例2：

本實施例的主要特點是：所述pcb板可以用一般的介質板代替，但同時金屬諧振腔體1的外壁和內壁上需要進行沉銅處理。其余同實施例1。

上述實施例中，所述金屬諧振腔1和導體組件采用的金屬材料可以為鋁、鐵、錫、銅、銀、金和鉑的任意一種，或可以為鋁、鐵、錫、銅、銀、金和鉑任意一種的合金。

綜上所述，本發明將多塊pcb板從下到上依次層疊，并在除底部和頂部外的其它pcb板中間進行挖空，形成金屬諧振腔體，在金屬諧振腔體的底部設置兩個導體組件，通過兩個導體組件進行饋電和激勵三模的產生，實現三模金屬諧振腔體帶通濾波器，同時在金屬諧振腔體的頂部開了兩個縫隙，組成了一個二元陣列天線，二元陣列天線可以滿足濾波器與天線同時工作在不同頻率的特殊性能，具有性能優良、結構簡單，體積小巧，加工容易，成本低廉等優點，能夠很好的滿足現代通訊系統的要求；此外，還可以在兩個縫隙上分別設置短路開關，當兩個短路開關都關閉時，能量就不能從兩個縫隙中出來，金屬諧振腔體、兩個導體組件一起構成一個純粹的濾波器，當其中一個短路開關關閉，另一個短路開關打開時，能量就會從打開的短路開關所對應的縫隙出來，作為單天線使用，當兩個短路開關都打開時，能量就會從兩個縫隙中出來，構成一個二元陣列天線，滿足通信的各種需求。

以上所述，僅為本發明專利較佳的實施例，但本發明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明專利所公開的范圍內，根據本發明專利的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都屬于本發明專利的保護范圍。