CN112054296B - 一种基于te30模的高增益基片集成漏波天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，包括上层金属板、介质基板、金属地板；所述的上层金属板设置在所述的介质基板的顶部，所述的上层金属板相对的两侧均设有矩形缝隙阵列；所述的金属地板设置在所述的介质基板的底部；所述的介质基板上设有贯穿上层金属板、金属地板的若干个短路过孔；若干个所述的短路过孔呈两行排列；两行所述的短路过孔分别位于介质基板的两侧；且位于矩形缝隙阵列的外侧；在所述的上层金属板的两端设有连接与所述的上层金属板的微带线，所述的微带线用于馈电。本发明具有低剖面，高增益的优点，且波束能能够扫描至端射。

Description

一种基于TE30模的高增益基片集成漏波天线
技术领域
本发明涉及通讯天线技术领域，更具体的，涉及一种基于TE30模的高增益基片集成漏波天线。
背景技术
现阶段大部分的基片集成漏波天线工作于TE10模。基于TE10模的横向槽基片集成漏波天线是准均匀漏波天线，因此波束能从接近边射方向扫描至端射方向，有馈电简单，低剖面，且能够扫描至端射等特性，但在未扫描至端射时的增益较低。
现有的基于TE20模的基片集成周期漏波天线的波束能够从后向扫描至前向，用于提高天线的辐射性能；而基于TE20模纵向槽的基片集成漏波天线，由于TE20模场分布的奇对称性，纵向槽能够有效的抑制天线的交叉极化。然而以上现有技术的天线都不能实现端射方向的辐射。
因此，设计一种低剖面，高增益，易加工且能够扫描至端射的横向槽基片集成漏波天线具有实际价值。
发明内容
本发明为了解决以上现有技术无法同时满足低剖面、高增益、能实现将波束扫描至端射的问题，提供了一种基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，其具有低剖面，高增益的优点，且波束能能够扫描至端射。
为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，包括上层金属板、介质基板、金属地板；
所述的上层金属板设置在所述的介质基板的顶部，所述的上层金属板相对的两侧均设有矩形缝隙阵列；
所述的金属地板设置在所述的介质基板的底部；
所述的介质基板上设有贯穿上层金属板、金属地板的若干个短路过孔；若干个所述的短路过孔呈两行排列；两行所述的短路过孔分别位于介质基板的两侧；且位于矩形缝隙阵列的外侧；
在所述的上层金属板的两端设有连接与所述的上层金属板的微带线，所述的微带线用于馈电。
优选地，所述的短路过孔的内壁镀有金属层。
进一步地，所述的短路过孔从上层金属板的一端排列布局到上层金属的另一端。
再进一步地，所述的短路过孔在上层金属的两端成渐变状排列，中间部分的短路过孔平行于所述的矩形缝隙阵列；在上层金属的两端，介质基板两侧的短路过孔呈喇叭形状。
再进一步地，所述的短路过孔在上层金属的两端成渐变状排列，其渐变的长度为15mm；腔体渐变的宽度有31.7mm至30.7。
再进一步地，所述的短路过孔的直径为1mm，相邻的短路过孔的间距为 1.5mm。
再进一步地，所述的矩形缝隙阵列从上层金属的一端排布到上层金属的另一端，所述的矩形缝隙阵列包括若干个矩形横向槽；所述的矩形横向槽等间距设置；所述的矩形横向槽的长度所在的方向与所述的介质基板的宽度所在的方向相互平行。
再进一步地，所述的介质基板的长度为321.5mm，宽度为40mm，厚度为 1mm；所述的介质基板的介电常数为2.12，损耗角正切为0.0009。
再进一步地，位于所述的上层金属的两端，前两个所述的矩形横向槽的长度大于位于中间部分的矩形横向槽。
再进一步地，所述的矩形横向槽的间距为3mm，矩形横向槽的宽度为0.5mm；所述的上层金属板两侧的矩形缝隙阵列，其中间部分的间距为20mm。
本发明的有益效果如下：
相比于现有的TE10模的横向缝隙漏波天线，本发明能够在保持低剖面且能够辐射到端射方向等特性的同时，在波束扫描时，即天线从边射扫描至端射时，增益提高。
附图说明
图1是实施例1所述的漏波天线的立体图。
图2是实施例1所述的漏波天线的俯视图。
图3是图2的局部放大图。
图4是图1的横截面结构图。
图5是实施例1的反射系数和传播系数图。
图6是实施例1的峰值增益与等规格的TE10模天线峰值增益的对比图。
图7是漏波天线工作在11GHz、phi＝0°的滚动角平面上的辐射方向图。
图8是漏波天线工作在11.8GHz、phi＝0°的滚动角平面上的辐射方向图。
图9是漏波天线工作在12.1GHZ、phi＝0°的滚动角平面上的辐射方向。
图10是漏波天线工作在12.35GHz，phi＝0°的滚动角平面上的辐射方向图。
图中，1-介质基板、2-上层金属板、3-矩形横向槽、4-微带线、5-短路过孔、 6-金属地板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。
实施例1
如图1、图2、图3、图4所示，一种基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，包括上层金属板、介质基板、金属地板；
所述的上层金属板设置在所述的介质基板的顶部，所述的上层金属板相对的两侧均设有矩形缝隙阵列；
所述的金属地板设置在所述的介质基板的底部；
所述的介质基板上设有贯穿上层金属板、金属地板的若干个短路过孔；若干个所述的短路过孔呈两行排列；两行所述的短路过孔分别位于介质基板的两侧；且位于矩形缝隙阵列的外侧；
在所述的上层金属板的两端设有连接与所述的上层金属板的微带线，所述的微带线用于馈电。在一个具体的实施例中，所述的微带线的宽度Wm为2.9mm，长度为10mm。本实施例所述的上层金属板未全部覆盖所述的介质基板，介质基板两端的顶部裸露设置，在该裸露部分设置所述的微带线；所述的微带线用于对矩形缝隙阵列进行馈电。
本实施例所述的漏波天线的工作原理：
本实施例通过利用磁场积分法分析可以发现，本实施例产生了漏波模，波导模以及表面波模，其中，表面波模用于端射辐射，而漏波模用于波束扫描，在低频段，漏波模与表面波模共存。而本实施例通过增大天线的宽度从而激励更高次的模，使天线在波束扫描时增益更大。本实施例利用短路过孔形成SIW腔体，方便加工。
本实施例为了达到低剖面，易集成的效果，所述微带线、上层金属板、矩形缝隙阵列在同一平面，且与金属地板为平面结构，都紧贴介质板，该结构简单，所述的高增益基片集成漏波天线可以直接采用印刷电路板技术制作而成，制作工艺简单。
在一个具体的实施例中，所述的短路过孔的内壁镀有金属层，在本实施例中在所述的短路过孔的内壁镀有铜层，也可以镀其他金属层，如银等。
在一个具体的实施例中，所述的短路过孔从上层金属板的一端排列布局到上层金属的另一端。所述的短路过孔在上层金属的两端成渐变状排列，中间部分的短路过孔平行于所述的矩形缝隙阵列；在上层金属的两端，介质基板两侧的短路过孔呈喇叭形状。
在一个具体的实施例中，所述的短路过孔在上层金属的两端成渐变状排列，其渐变的长度Lt为15mm；腔体渐变的宽度有31.7mm至30.7，即位于上层金属两端，介质基板两侧的短路过孔宽度W1为31.7mm。所述的短路过孔的直径d 为1mm，相邻的短路过孔的间距s为1.5mm。所述短路过孔参数根据天线性能和阻抗匹配要求确定。
在一个具体的实施例中，所述的矩形缝隙阵列从上层金属的一端排布到上层金属的另一端，所述的矩形缝隙阵列包括若干个矩形横向槽；所述的矩形横向槽等间距设置；所述的矩形横向槽的长度所在的方向与所述的介质基板的宽度所在的方向相互平行。
在一个具体的实施例中，所述的介质基板的长度La为321.5mm，宽度Wg为40mm，厚度h为1mm；所述的介质基板的介电常数为2.12，损耗角正切为 0.0009。所述介质板为固体电介质。
在一个具体的实施例中，位于所述的上层金属的两端，前两个所述的矩形横向槽的长度大于位于中间部分的矩形横向槽。
在一个具体的实施例中，所述的矩形横向槽的间距p为3mm，矩形横向槽的宽度W为0.5mm，位于上层金属板中间的矩形横向槽的长度L为6.5mm；所述的上层金属板两侧的矩形缝隙阵列，其中间部分的间距ds为20mm。
图5是本实施例的反射系数和传播系数图，从图5中可以看出测量的结果和电磁仿真(ANSYS HFSS)的结果比较吻合，且实测的反射系数在 10.2GHz-12.4GHz时，|S11|<-10dB。
图6是本实施例的峰值增益与等规格的TE10模天线峰值增益的对比图，从图6可以看出，与TE10模的天线相比，在频率扫描时，TE30模的天线的增益能够提高5.5dB，而在端射时增益接近。
图7-图10是本实施例分别工作在11GHz，11.8GHz,12.1GHZ,12.35GHz，phi ＝0°的滚动角平面上的辐射方向图。从图中方向图可以看出，该天线能够从接近边射方向逐渐扫描至端射，测量的结果和电磁仿真(ANSYS HFSS)的结果比较吻合。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：包括上层金属板、介质基板、金属地板；
所述的上层金属板设置在所述的介质基板的顶部，所述的上层金属板相对的两侧均设有矩形缝隙阵列；
所述的金属地板设置在所述的介质基板的底部；
所述的介质基板上设有贯穿上层金属板、金属地板的若干个短路过孔；若干个所述的短路过孔呈两行排列；两行所述的短路过孔分别位于介质基板的两侧；且位于矩形缝隙阵列的外侧；
在所述的上层金属板的两端设有连接于所述的上层金属板的微带线，所述的微带线用于馈电；
上层金属板相对的两侧对称设有两个矩形缝隙阵列；所述的矩形缝隙阵列从上层金属板的一端排布到上层金属板的另一端，所述的矩形缝隙阵列包括若干个矩形横向槽；所述的矩形横向槽等间距设置；所述的矩形横向槽的长度所在的方向与所述的介质基板的宽度所在的方向相互平行。
2.根据权利要求1所述的基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的短路过孔的内壁镀有金属层。
3.根据权利要求2所述的基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的短路过孔从上层金属板的一端排列布局到上层金属板的另一端。
4.根据权利要求3所述的基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的短路过孔在上层金属板的两端成渐变状排列，中间部分的短路过孔平行于所述的矩形缝隙阵列；在上层金属板的两端，介质基板两侧的短路过孔呈喇叭形状。
5.根据权利要求3所述的基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的短路过孔在上层金属板的两端成渐变状排列，其渐变的长度为15mm；腔体的宽度由31.7mm渐变至30.7mm。
6.根据权利要求2～5任一项所述的基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的短路过孔的直径为1mm，相邻的短路过孔的间距为1.5mm。
7.根据权利要求6所述的基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的介质基板的长度为321.5mm，宽度为40mm，厚度为1mm；所述的介质基板的介电常数为2.12，损耗角正切为0.0009。
8.根据权利要求7所述的基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：位于所述的上层金属板的两端，前两个所述的矩形横向槽的长度大于位于中间部分的矩形横向槽。
9.根据权利要求8所述的基于TE30模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的矩形横向槽的间距为3mm，矩形横向槽的宽度为0.5mm；所述的上层金属板两侧的矩形缝隙阵列，其中间部分的间距为20mm。
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