CN105958197A - 基于三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线，通过在等边三角形基片集成波导谐振腔上表面边缘区域开槽，并由介质板下表面上的共面波导进行馈电，而使天线工作在模式。在等边三角形基片集成波导谐振腔的边缘开矩形缝隙，并使其平行于等边三角形基片集成波导谐振腔的一边，这样缝隙上便会产生位移电流，电磁波被辐射出去。该天线保留了传统背腔缝隙天线较好辐射性能的优点，同时整个天线，包括辐射结构、馈电结构和背腔完全制作在单层介质板上，大大减小了加工复杂度，降低了加工成本，也让平面电路集成变得更加容易。

Description

基于三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线
技术领域
本发明涉及一种基于三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线，属于微波技术领域。
背景技术
随着现代通信技术的迅速发展和应用，对通信***的小型化、集成化和高性能化提出了更高的要求。天线是通信***中一个很重要的组成部分，其性能的好坏，会直接影响到整个***性能的优劣。
传统的背腔缝隙天线具有体积大、结构复杂和成本高等缺点，因此需要去设计重量轻、成本低和易于与平面电路集成的低剖面高增益缝隙天线。
发明内容
为了减小天线体积，降低加工成本，提高天线辐射效率，本发明提出了一种基于三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线，在保留了传统背腔缝隙天线优点的基础上，天线厚度却远远小于传统背腔缝隙天线，结构更简单，易于和平面电路集成。本发明天线使用的是三角形谐振腔体，结构更加紧凑，方便布局，并且和矩形或圆形谐振腔相比，在面积和工作模式相同的条件下，有着更高的辐射效率。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供一种基于三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线，包括上、下表面均涂覆有金属层的介质基板；介质基板设置有三排首尾相连的金属化通孔，与介质板上下表面金属层、介质板构成等边三角形基片集成波导谐振腔；介质基板的上表面的金属层还开有一条矩形缝隙，该矩形缝隙与等边三角形基片集成波导谐振腔的一边平行；介质基板的下表面设置有一个用于馈电的共面波导，该共面波导从等边三角形基片集成波导谐振腔的一角接入等边三角形基片集成波导谐振腔，且该角与前述与矩形缝隙平行的等边三角形基片集成波导谐振腔的一边相对；介质基板的下表面还设置有一条从介质基板一边向内延伸的微带线，该微带线与共面波导的中心导带连接，且，该微带线两侧的介质基板上未涂覆金属层。
作为本发明的进一步优化方案，金属化通孔的直径大于等于金属化通孔之间的间距的二分之一。
作为本发明的进一步优化方案，介质基板的厚度远小于介质波长。
作为本发明的进一步优化方案，矩形缝隙的长度为半个介质波长。
作为本发明的进一步优化方案，共面波导的中心导带垂直于矩形缝隙。
作为本发明的进一步优化方案，微带线的宽度等于共面波导中心导带的宽度。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：在保留了传统背腔缝隙天线高辐射性能优点基础上，本发明简化了低剖面缝隙天线的结构，降低了天线的加工成本，更易于和平面电路集成。与矩形或者圆形谐振腔天线相比，三角形谐振腔天线有着方便布局、结构紧凑的有点，并且在面积和工作模式相同的条件下，三角形谐振腔天线有着更高的辐射效率。
附图说明
图1是本发明的三维结构图。
图2是本发明的俯视图。
图3是本发明的仰视图。
其中，1-上层金属面；2-矩形缝隙；3-金属通孔，4-下层金属面；5-共面波导；6-微带线。
图4是本实施例的仿真电场等值线分布图。
图5是本发明实施例的仿真和测量的S参数图。
图6是本发明实施例的仿真xz面增益方向图。
图7是本发明实施例的仿真yz面增益方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明提供一种基于三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线，其结构如图1至3所示。该天线包括上、下表面均涂覆有金属层的介质基板；介质基板设置有三排首尾相连的金属化通孔，与介质板上下表面金属层、介质板构成等边三角形基片集成波导谐振腔；介质基板的上表面的金属层还开有一条矩形缝隙，该矩形缝隙与等边三角形基片集成波导谐振腔的一边平行；介质基板的下表面设置有一个用于馈电的共面波导，该共面波导从等边三角形基片集成波导谐振腔的一角接入等边三角形基片集成波导谐振腔，且该角与前述与矩形缝隙平行的等边三角形基片集成波导谐振腔的一边相对；介质基板的下表面还设置有一条从介质基板一边向内延伸的微带线，该微带线与共面波导的中心导带连接，且，该微带线两侧的介质基板上未涂覆金属层。
为了使能量泄露被抑制到几乎可以忽略的程度，金属化通孔的尺寸至少为金属化通孔之间距离的二分之一，且介质板的厚度要远远小于介质波长。矩形缝隙作为辐射缝隙，位于上层金属面边缘，平行于等边三角形基片集成波导谐振腔的一排金属通孔，长度约为介质波长的二分之一，这样才能保证天线在其他结构参数相同的情况下，有着更好的辐射效率。共面波导位于下层金属面，垂直于矩形辐射槽，为了方便测量，中心金属条带和等宽带的50欧姆微带线相连。对于等边三角形基片集成波导谐振腔，电场变化最剧烈的区域位于谐振腔边缘，在矩形辐射缝隙中会产生垂直于缝隙的电场，电磁波便被辐射出去。通过调节谐振腔和辐射缝隙的大小，来确定天线的工作频段。为了满足阻抗匹配要求，可以改变共面波导深入谐振腔的长度，以达到降低反射系数的目的。而微带线和共面波导相连，是为了测量的方便。
本发明公开的基于三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线，是通过在等边三角形基片集成波导(SIW)谐振腔上表面边缘区域开槽（即辐射缝隙），并由介质板下表面上的共面波导进行馈电，而使天线工作在模式。等边三角形基片集成波导(SIW)谐振腔是通过在上下表面为金属的介质基板上打三排首尾相接的金属化通孔来实现的，腔体中电场变化最剧烈的区域是在腔体边缘处，因此将辐射缝隙开在三角形边缘，并使其平行于三角边，这样缝隙上便会产生位移电流，电磁波被辐射出去。其中，等边三角形基片集成波导(SIW)谐振腔中的金属化通孔直径至少为金属化通孔间距的二分之一，而介质基板的厚度要远小于介质波长，才能使腔体中的电磁场在垂直于介质表面方向上基本没有变化，满足以上两个条件之后，能量泄露基本可以被抑制到可忽略的水平。和矩形或圆形谐振腔相比，等边三角形基片集成波导(SIW)谐振腔有着方便布局，结构紧凑的优点，并且在面积和工作模式相同的条件下，有着更高的辐射效率。该天线保留了传统背腔缝隙天线较好辐射性能的优点，同时整个天线中，辐射缝隙、共面波导馈电结构和谐振腔完全制作在单层介质板上，结构简单，辐射效率高，大大减小了加工复杂度，降低了加工成本，也让平面电路集成变得更加容易。
本发明的实施例中，介质基板厚度为0.5mm，相对介电常数为2.1；金属化通孔的直径为1mm，金属化通孔的间距为1.5mm；矩形辐射缝隙宽度为1mm，长度为16mm；共面波导的中心导带宽度为1.45mm，两边缝隙宽度为0.7mm，长度为8.6mm；微带线宽度为1.45mm，长度为4mm。利用三维电磁仿真软件对所提出的天线结构进行仿真，可得到如图4所示的介质板中电场等值线的分布图，可以看出，天线的工作模式为模式。图5是本发明实施例的仿真和测量的S参数图，从图5可以看出，在工作带宽内，天线回波损耗最低达到-36.7dB，所以满足阻抗匹配要求。图6为天线在xz面的增益方向图，图7为天线在yz面的增益方向图，从图6和7中可以看出，天线的交叉极化都很低，说明天线的辐射性能较好，辐射效率高。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.基于三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线，其特征在于，包括上、下表面均涂覆有金属层的介质基板；
介质基板设置有三排首尾相连的金属化通孔，与介质板上下表面金属层、介质板构成等边三角形基片集成波导谐振腔；
介质基板的上表面的金属层还开有一条矩形缝隙，该矩形缝隙与等边三角形基片集成波导谐振腔的一边平行；
介质基板的下表面设置有一个用于馈电的共面波导，该共面波导从等边三角形基片集成波导谐振腔的一角接入等边三角形基片集成波导谐振腔，且该角与前述与矩形缝隙平行的等边三角形基片集成波导谐振腔的一边相对；
介质基板的下表面还设置有一条从介质基板一边向内延伸的微带线，该微带线与共面波导的中心导带连接，且，该微带线两侧的介质基板上未涂覆金属层。
2.根据权利要求1所述的基于等边三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线，其特征在于，金属化通孔的直径大于等于金属化通孔之间的间距的二分之一。
3.根据权利要求1所述的基于等边三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线，其特征在于，介质基板的厚度远小于介质波长。
4.根据权利要求1所述的基于等边三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线，其特征在于，矩形缝隙的长度为半个介质波长。
5.根据权利要求1所述的基于等边三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线，其特征在于，共面波导的中心导带垂直于矩形缝隙。
6.根据权利要求1所述的基于等边三角形基片集成波导谐振腔的平面缝隙天线，其特征在于，微带线的宽度等于共面波导中心导带的宽度。
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