本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于波導結(jié)構(gòu)的角錐喇叭濾波天線。

背景技術(shù)：

天線和微波濾波器是現(xiàn)代微波中繼通信、衛(wèi)星通信、無線通信等系統(tǒng)必不可少的關(guān)鍵器件。天線的主要主用是發(fā)射和接收電磁信號，并且控制信號的輻射方向。微波濾波器的主要作用是過濾掉不需要的信號，即低損耗通過某一頻率范圍內(nèi)的有用信號，而將其他頻率范圍的頻率分量衰減到極低水平。天線和微波濾波器作為電路系統(tǒng)里重要的組成部分之一，其性能的優(yōu)劣很大程度決定了系統(tǒng)的工作質(zhì)量，其尺寸大小也直接影響了整個系統(tǒng)的尺寸大小以及便攜性。

隨著現(xiàn)代無線通信需求的高速發(fā)展，用戶對高性能便攜式終端設(shè)備需求越來越廣泛。在以往典型的通信系統(tǒng)中，天線和濾波器通常是被看成兩個獨立的子系統(tǒng)來分開設(shè)計和優(yōu)化的，由于器件間的相互影響和端口阻抗失配，使得級聯(lián)后的天線和濾波器總體性能惡化。為了消除這種影響，二者通常需要增加一個額外的匹配電路來進行連接。這種傳統(tǒng)的設(shè)計方法使得系統(tǒng)變得復雜，尺寸和損耗也會加大，已經(jīng)很難滿足當前無線通信系統(tǒng)小型化和高性能的需求。因此，將天線和濾波器進行集成，構(gòu)成結(jié)構(gòu)緊湊的濾波天線，當成一個整體模塊來設(shè)計，不僅可以減小系統(tǒng)的尺寸和重量，而且在不改變輻射特性的基礎(chǔ)上，可以降低損耗，提高增益平坦度和頻率選擇性，使系統(tǒng)的整體性能得到提高。

現(xiàn)有技術(shù)中，申請?zhí)枮椤?01310354413.5’專利申請‘高增益濾波天線’，該專利提出的一種微帶濾波天線結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包括諧振腔及置于諧振腔內(nèi)的至少一個饋源；諧振腔具有用于固定饋源的金屬反射板、豎立于反射板上的金屬圍框，以及用于遮蓋金屬圍框上方且形成有供饋源信號向外輻射的通孔的金屬柵。通過上述方式，該天線能夠濾波與一體化集成，同時具有饋電簡單、高增益等特性。

另一現(xiàn)有技術(shù)中，專利申請?zhí)枮椤?01510051241.3’，專利申請‘高帶外抑制腔體濾波天線陣列’，該專利提出的一種介質(zhì)基片集成波導濾波天線結(jié)構(gòu)如圖2所示，其介質(zhì)基片上利用金屬通孔圍成一個第一矩形諧振腔和兩個對稱放置的第二矩形諧振腔。在兩個第二諧振腔上方位置設(shè)置有兩個用于輻射信號的輻射縫隙。該結(jié)構(gòu)具有較好的帶外抑制能力，但增益較低，難應用于實際系統(tǒng)中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中波導喇叭天線難以同時具備濾波特性和低副瓣電平的缺陷，提供一種基于波導結(jié)構(gòu)的角錐喇叭濾波天線，使其具有結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)諧、頻率選擇性高、副瓣電平小和增益平坦等優(yōu)點。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：

一種基于波導結(jié)構(gòu)的角錐喇叭濾波天線，所述濾波天線包括：金屬波導腔1和角錐喇叭12；

其中，所述金屬波導腔1的一端作為信號輸入端口13，另一端作為輻射端口與所述角錐喇叭12連接；

所述金屬波導腔1依次由第一電感膜片2以及第二電感膜片3、第三電感膜片4以及第四電感膜片5、第五電感膜片6以及第六電感膜片7、第七電感膜片8以及第八電感膜片9、第九電感膜片10以及第十電感膜片11分隔為第一諧振腔14、第二諧振腔15、第三諧振腔16和第四諧振腔17。

進一步地，所述金屬波導腔1為矩形。

進一步地，所述角錐喇叭12同時沿E面和H面張開，用于提高濾波天線的輻射增益和定向性，降低副瓣電平。

進一步地，所述第一諧振腔14、所述第二諧振腔15、所述第三諧振腔16和所第四諧振腔17均為半波長的諧振腔單元，工作主模均為TE101模。

進一步地，所述第一電感膜片2以及所述第二電感膜片3構(gòu)成窗型開口結(jié)構(gòu)，用于控制所述濾波天線信號輸入端口的外部品質(zhì)因數(shù)。

進一步地，所述第三電感膜片4以及所述第四電感膜片5構(gòu)成窗型開口結(jié)構(gòu)，用于控制所述第一諧振腔14和所述第二諧振腔15之間的耦合強度。

進一步地，所述第五電感膜片6以及所述第六電感膜片7構(gòu)成窗型開口結(jié)構(gòu)，用于控制所述第二諧振腔15和所述第三諧振腔16之間的耦合強度。

進一步地，所述第七電感膜片8以及所述第八電感膜片9構(gòu)成窗型開口結(jié)構(gòu)，用于控制所述第三諧振腔16和所述第四諧振腔17之間的耦合強度。

進一步地，所述第九電感膜片10以及所述第十電感膜片11構(gòu)成窗型開口結(jié)構(gòu)，用于控制所述濾波天線輻射端口的輻射品質(zhì)因數(shù)。

進一步地，所述第四諧振腔17同時充當輻射器的作用。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：

本發(fā)明提出的一種基于波導結(jié)構(gòu)的角錐喇叭濾波天線，它同時具有濾波特性和輻射特性，其中濾波特性由四個矩形諧振腔產(chǎn)生，輻射特性由最后一級諧振腔和角錐喇叭共同產(chǎn)生。通過調(diào)整電感膜片窗的寬度，可以控制相鄰諧振腔之間的耦合強度、濾波器的外部品質(zhì)因數(shù)和天線的輻射品質(zhì)因數(shù)。當濾波器的外部品質(zhì)因數(shù)與天線輻射品質(zhì)因數(shù)相等時，可以避免濾波單元和輻射單元的相互影響。通過引入角錐喇叭，可以提高天線的輻射增益和定向性，降低副瓣。本發(fā)明提出的濾波天線具有以下優(yōu)點：增益平坦；高選擇性；低副瓣；低交叉極化；結(jié)構(gòu)簡單可靠；易于集成；適用于多種通信系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)一中提出的一種微帶濾波天線的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)二中提出的高帶外抑制腔體濾波天線陣列的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明提出的基于波導結(jié)構(gòu)的角錐喇叭濾波天線的剖視圖；

圖4是本發(fā)明提出的基于波導結(jié)構(gòu)的角錐喇叭濾波天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明提出的濾波天線的|S11|和增益仿真結(jié)果；

圖6是本發(fā)明提出的濾波天線中心頻率10GHz處的H面方向圖仿真結(jié)果；

圖7是本發(fā)明提出的濾波天線中心頻率10GHz處的E面方向圖仿真結(jié)果。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例

本發(fā)明的波導濾波天線結(jié)構(gòu)的剖視圖如圖3所示，該結(jié)構(gòu)是對稱的。該基于波導結(jié)構(gòu)的角錐喇叭濾波天線包括：金屬波導腔1和角錐喇叭12。

所述角錐喇叭12同時沿E面和H面張開，主要用于提高天線的輻射增益和定向性，降低副瓣電平。

所述金屬波導腔1為矩形。

所述金屬波導腔1的一端作為信號輸入端口13，另一端作為輻射端口與所述角錐喇叭12連接。

所述金屬波導腔1依次由第一電感膜片2以及第二電感膜片3、第三電感膜片4以及第五電感膜片5、第五電感膜片6以及第六電感膜片7、第七電感膜片8以及第八電感膜片9、第九電感膜片10以及第十電感膜片11分隔為第一諧振腔14、第二諧振腔15、第三諧振腔16和第四諧振腔17。

所述第一諧振腔14、所述第二諧振腔15、所述第三諧振腔16和所第四諧振腔17均為半波長的諧振腔單元，其工作主模均為TE101模。

其中，所述第四諧振腔17同時充當輻射器的作用。

其中，所述第一電感膜片2以及所述第二電感膜片3構(gòu)成窗型開口結(jié)構(gòu)，用于控制所述濾波天線信號輸入端口的外部品質(zhì)因數(shù)；

所述第三電感膜片4以及所述第四電感膜片5構(gòu)成窗型開口結(jié)構(gòu)，用于控制所述第一諧振腔14和所述第二諧振腔15之間的耦合強度；

所述第五電感膜片6以及所述第六電感膜片7構(gòu)成窗型開口結(jié)構(gòu)，用于控制所述第二諧振腔15和所述第三諧振腔16之間的耦合強度；

所述第七電感膜片8以及所述第八電感膜片9構(gòu)成窗型開口結(jié)構(gòu)，用于控制所述第三諧振腔16和所述第四諧振腔17之間的耦合強度；

所述第九電感膜片10以及所述第十電感膜片11構(gòu)成窗型開口結(jié)構(gòu)，用于控制所述濾波天線輻射端口的輻射品質(zhì)因數(shù)。

圖4是本發(fā)明提出的波導角錐喇叭濾波天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)圖是對稱的。

本發(fā)明具體實施例使用的矩形波導型號為WR90，設(shè)計的濾波天線中心頻率為10GHz。使用三維仿真軟件CST對濾波天線進行仿真與優(yōu)化，優(yōu)化后的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為：a＝22.86mm，b＝10.16mm,l₀＝15mm，l₁＝16.74mm，l₂＝18.48mm，l₃＝18.46mm，l₄＝16.71mm，w₀＝10.83mm，w₁＝6.78mm，w₂＝6.29mm，w₃＝6.81mm，w₄＝10.85mm，t＝2mm，l_a＝78.81mm，l_b＝38mm，h＝37.47mm。

圖5顯示了實施例濾波天線的|S11|和增益仿真結(jié)果。橫軸表示輸入信號頻率，范圍從9GHz到11GHz，左縱軸表示S11對數(shù)幅度(dB)，右縱軸表示增益大小(dB)。該天線17.5dB反射損耗范圍為9.88GHz到10.12GHz，相對帶寬約為2.4％。天線工作頻率范圍內(nèi)增益為14.5dB左右。由圖可見，天線具有增益平坦、高選擇性、高帶外抑制性等優(yōu)點。

圖6和圖7分別是實施例濾波天線中心頻率10GHz處的H面和E面方向圖仿真結(jié)果，由圖可見H面和E面交叉極化均小于-50dB，E面主極化副瓣電平大于16dB，天線具有低副瓣、低交叉極化的輻射特性。

綜上所述，本發(fā)明提出了一種基于波導結(jié)構(gòu)的角錐喇叭濾波天線，其中濾波器通過矩形波導腔體諧振器來實現(xiàn)，各級諧振器間通過電感膜片進行耦合，最后一級諧振器同時充當天線輻射器的功能。為了進一步提高天線輻射方向性，在最后一級諧振器的尾部級聯(lián)了角錐喇叭。本發(fā)明提出的濾波天線具有副瓣電平小，交叉極化低，增益平坦和頻率選擇性高的特點。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。