基于三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線，通過在等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔上表面邊緣區(qū)域開槽，并由介質(zhì)板下表面上的共面波導(dǎo)進(jìn)行饋電，而使天線工作在模式。在等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的邊緣開矩形縫隙，并使其平行于等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的一邊，這樣縫隙上便會產(chǎn)生位移電流，電磁波被輻射出去。該天線保留了傳統(tǒng)背腔縫隙天線較好輻射性能的優(yōu)點(diǎn)，同時整個天線，包括輻射結(jié)構(gòu)、饋電結(jié)構(gòu)和背腔完全制作在單層介質(zhì)板上，大大減小了加工復(fù)雜度，降低了加工成本，也讓平面電路集成變得更加容易。
【專利說明】
基于三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線，屬于微波技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，對通信系統(tǒng)的小型化、集成化和高性能化 提出了更高的要求。天線是通信系統(tǒng)中一個很重要的組成部分，其性能的好壞，會直接影響 到整個系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。
[0003] 傳統(tǒng)的背腔縫隙天線具有體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本高等缺點(diǎn)，因此需要去設(shè)計(jì)重 量輕、成本低和易于與平面電路集成的低剖面高增益縫隙天線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了減小天線體積，降低加工成本，提高天線輻射效率，本發(fā)明提出了一種基于三 角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線，在保留了傳統(tǒng)背腔縫隙天線優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，天 線厚度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)背腔縫隙天線，結(jié)構(gòu)更簡單，易于和平面電路集成。本發(fā)明天線使用 的是三角形諧振腔體，結(jié)構(gòu)更加緊湊，方便布局，并且和矩形或圓形諧振腔相比，在面積和 工作模式相同的條件下，有著更高的輻射效率。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案： 本發(fā)明提供一種基于三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線，包括上、下表面均 涂覆有金屬層的介質(zhì)基板;介質(zhì)基板設(shè)置有三排首尾相連的金屬化通孔，與介質(zhì)板上下表 面金屬層、介質(zhì)板構(gòu)成等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔;介質(zhì)基板的上表面的金屬層還開 有一條矩形縫隙，該矩形縫隙與等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的一邊平行;介質(zhì)基板的 下表面設(shè)置有一個用于饋電的共面波導(dǎo)，該共面波導(dǎo)從等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的 一角接入等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔，且該角與前述與矩形縫隙平行的等邊三角形基 片集成波導(dǎo)諧振腔的一邊相對;介質(zhì)基板的下表面還設(shè)置有一條從介質(zhì)基板一邊向內(nèi)延伸 的微帶線，該微帶線與共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)帶連接，且，該微帶線兩側(cè)的介質(zhì)基板上未涂覆金 屬層。
[0006] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，金屬化通孔的直徑大于等于金屬化通孔之間的間 距的二分之一。
[0007] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，介質(zhì)基板的厚度遠(yuǎn)小于介質(zhì)波長。
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，矩形縫隙的長度為半個介質(zhì)波長。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)帶垂直于矩形縫隙。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，微帶線的寬度等于共面波導(dǎo)中心導(dǎo)帶的寬度。
[0011] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:在保留了傳統(tǒng)背 腔縫隙天線高輻射性能優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，本發(fā)明簡化了低剖面縫隙天線的結(jié)構(gòu)，降低了天線的 加工成本，更易于和平面電路集成。與矩形或者圓形諧振腔天線相比，三角形諧振腔天線有 著方便布局、結(jié)構(gòu)緊湊的有點(diǎn)，并且在面積和工作模式相同的條件下，三角形諧振腔天線有 著更高的輻射效率。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖2是本發(fā)明的俯視圖。
[0014]圖3是本發(fā)明的仰視圖。
[0015] 其中，1-上層金屬面;2-矩形縫隙；3-金屬通孔，4-下層金屬面;5-共面波導(dǎo)；6-微 帶線。
[0016] 圖4是本實(shí)施例的仿真電場等值線分布圖。
[0017] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例的仿真和測量的S參數(shù)圖。
[0018] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的仿真xz面增益方向圖。
[0019] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例的仿真yz面增益方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明： 本發(fā)明提供一種基于三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線，其結(jié)構(gòu)如圖1至3所 示。該天線包括上、下表面均涂覆有金屬層的介質(zhì)基板;介質(zhì)基板設(shè)置有三排首尾相連的金 屬化通孔，與介質(zhì)板上下表面金屬層、介質(zhì)板構(gòu)成等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔;介質(zhì)基 板的上表面的金屬層還開有一條矩形縫隙，該矩形縫隙與等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔 的一邊平行;介質(zhì)基板的下表面設(shè)置有一個用于饋電的共面波導(dǎo)，該共面波導(dǎo)從等邊三角 形基片集成波導(dǎo)諧振腔的一角接入等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔，且該角與前述與矩形 縫隙平行的等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的一邊相對;介質(zhì)基板的下表面還設(shè)置有一條 從介質(zhì)基板一邊向內(nèi)延伸的微帶線，該微帶線與共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)帶連接，且，該微帶線兩 側(cè)的介質(zhì)基板上未涂覆金屬層。
[0021] 為了使能量泄露被抑制到幾乎可以忽略的程度，金屬化通孔的尺寸至少為金屬化 通孔之間距離的二分之一，且介質(zhì)板的厚度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于介質(zhì)波長。矩形縫隙作為輻射縫隙， 位于上層金屬面邊緣，平行于等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的一排金屬通孔，長度約為 介質(zhì)波長的二分之一，這樣才能保證天線在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的情況下，有著更好的輻射 效率。共面波導(dǎo)位于下層金屬面，垂直于矩形輻射槽，為了方便測量，中心金屬條帶和等寬 帶的50歐姆微帶線相連。對于等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔，電場變化最劇烈的區(qū)域位 于諧振腔邊緣，在矩形輻射縫隙中會產(chǎn)生垂直于縫隙的電場，電磁波便被輻射出去。通過調(diào) 節(jié)諧振腔和輻射縫隙的大小，來確定天線的工作頻段。為了滿足阻抗匹配要求，可以改變共 面波導(dǎo)深入諧振腔的長度，以達(dá)到降低反射系數(shù)的目的。而微帶線和共面波導(dǎo)相連，是為了 測量的方便。
[0022]本發(fā)明公開的基于三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線，是通過在等邊三 角形基片集成波導(dǎo)（SIW)諧振腔上表面邊緣區(qū)域開槽（即輻射縫隙），并由介質(zhì)板下表面上 的共面波導(dǎo)進(jìn)行饋電，而使天線工作在Ma模式。等邊三角形基片集成波導(dǎo)(SIW)諧振腔是 通過在上下表面為金屬的介質(zhì)基板上打三排首尾相接的金屬化通孔來實(shí)現(xiàn)的，腔體中電場 變化最劇烈的區(qū)域是在腔體邊緣處，因此將輻射縫隙開在三角形邊緣，并使其平行于三角 邊，這樣縫隙上便會產(chǎn)生位移電流，電磁波被輻射出去。其中，等邊三角形基片集成波導(dǎo) (SIW)諧振腔中的金屬化通孔直徑至少為金屬化通孔間距的二分之一，而介質(zhì)基板的厚度 要遠(yuǎn)小于介質(zhì)波長，才能使腔體中的電磁場在垂直于介質(zhì)表面方向上基本沒有變化，滿足 以上兩個條件之后，能量泄露基本可以被抑制到可忽略的水平。和矩形或圓形諧振腔相比， 等邊三角形基片集成波導(dǎo)(SIW)諧振腔有著方便布局，結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，并且在面積和工作 模式相同的條件下，有著更高的輻射效率。該天線保留了傳統(tǒng)背腔縫隙天線較好輻射性能 的優(yōu)點(diǎn)，同時整個天線中，輻射縫隙、共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)和諧振腔完全制作在單層介質(zhì)板 上，結(jié)構(gòu)簡單，輻射效率高，大大減小了加工復(fù)雜度，降低了加工成本，也讓平面電路集成變 得更加容易。
[0023] 本發(fā)明的實(shí)施例中，介質(zhì)基板厚度為0.5_，相對介電常數(shù)為2.1;金屬化通孔的直 徑為1mm，金屬化通孔的間距為1 ? 5mm;矩形福射縫隙寬度為1mm，長度為16mm;共面波導(dǎo)的中 心導(dǎo)帶寬度為1.45mm，兩邊縫隙寬度為0.7mm，長度為8.6mm;微帶線寬度為1.45mm，長度為 4mm。利用三維電磁仿真軟件對所提出的天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，可得到如圖4所示的介質(zhì)板中 電場等值線的分布圖，可以看出，天線的工作模式為模式。圖5是本發(fā)明實(shí)施例的仿真和 測量的S參數(shù)圖，從圖5可以看出，在工作帶寬內(nèi)，天線回波損耗最低達(dá)到-36.7dB，所以滿足 阻抗匹配要求。圖6為天線在xz面的增益方向圖，圖7為天線在yz面的增益方向圖，從圖6和7 中可以看出，天線的交叉極化都很低，說明天線的輻射性能較好，輻射效率高。
[0024] 以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線，其特征在于，包括上、下表面均涂 覆有金屬層的介質(zhì)基板； 介質(zhì)基板設(shè)置有三排首尾相連的金屬化通孔，與介質(zhì)板上下表面金屬層、介質(zhì)板構(gòu)成 等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔； 介質(zhì)基板的上表面的金屬層還開有一條矩形縫隙，該矩形縫隙與等邊三角形基片集成 波導(dǎo)諧振腔的一邊平行； 介質(zhì)基板的下表面設(shè)置有一個用于饋電的共面波導(dǎo)，該共面波導(dǎo)從等邊三角形基片集 成波導(dǎo)諧振腔的一角接入等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔，且該角與前述與矩形縫隙平行 的等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的一邊相對； 介質(zhì)基板的下表面還設(shè)置有一條從介質(zhì)基板一邊向內(nèi)延伸的微帶線，該微帶線與共面 波導(dǎo)的中心導(dǎo)帶連接，且，該微帶線兩側(cè)的介質(zhì)基板上未涂覆金屬層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線，其特 征在于，金屬化通孔的直徑大于等于金屬化通孔之間的間距的二分之一。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線，其特 征在于，介質(zhì)基板的厚度遠(yuǎn)小于介質(zhì)波長。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線，其特 征在于，矩形縫隙的長度為半個介質(zhì)波長。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線，其特 征在于，共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)帶垂直于矩形縫隙。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔的平面縫隙天線，其特 征在于，微帶線的寬度等于共面波導(dǎo)中心導(dǎo)帶的寬度。
【文檔編號】H01Q1/38GK105958197SQ201610435809
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】許鋒, 燕杰
【申請人】南京郵電大學(xué)