CN112117531A - 一种基于基片集成波导的背腔式缝隙天线 - Google Patents

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刘菊华
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Abstract

为了实现得到更好的全向天线，本发明公开一种基于基片集成波导的背腔式缝隙天线，包括介质板、导电板和馈电探针，所述的导电板的形状是圆柱体，所述的介质板的形状是圆柱体，导电板的一个底面与介质板的一个底面连接，导电板的截面的面积与介质板的截面的面积相等且导电板的圆心与介质板的圆心共轴；所述的导电板上开设有圆孔，所述的圆孔的圆心与介质板的圆心共轴；所述的圆孔的边缘环绕开设有若干个短路过孔；所述的馈电探针纵向设置在介质板的圆心上。本发明采用了介质集成波导技术，解决了传统微带贴片天线易受表面波影响的问题，具有易集成和易加工的特点，且通过背腔的结构产生一个一阶腔模，从而实现宽带特性，结构简单易实现。

Description

一种基于基片集成波导的背腔式缝隙天线
技术领域
本发明涉及天线领域，更具体地，涉及一种基于基片集成波导的背腔式缝隙天线。
背景技术
全向性天线是在无线通信中常用的一种天线。它可以在方位面上实现全向性辐射，让多个用户能够同时使用。现有的全向性的天线有单极子天线和微带贴片天线。单极子天线易于制作，但是它的厚度较大且带宽比较小。微带贴片天线易于制作，且能通过环耦合，加载短路钉及双层介质板等方法来实现大带宽。但是微带贴片天线的性能容易受到表面波及外界环境的影响。背腔式天线由于背腔式结构，受到表面波的影响小。然而，现有的背腔式天线大部分是定向辐射，而不是全向性辐射。而且，已有的能够实现全向性的背腔式天线的带宽比较小。
发明内容
为克服上述现有技术与方法的不足，本发明提出了一种高增益低剖面大带宽的表面波天线。本发明采用了介质集成波导技术，解决了传统微带贴片天线易受表面波影响的问题，具有易集成和易加工的特点，且通过背腔的结构产生一个一阶腔模，从而实现宽带特性，结构简单易实现。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于基片集成波导的背腔式缝隙天线，包括介质板、导电板和馈电探针，其中，
所述的导电板的形状是圆柱体，所述的介质板的形状是圆柱体，导电板的一个底面与介质板的一个底面连接，导电板的截面的面积与介质板的截面的面积相等且导电板的圆心与介质板的圆心共轴；
所述的导电板上开设有圆孔，所述的圆孔的圆心与介质板的圆心共轴；
所述的圆孔的边缘环绕开设有若干个短路过孔；
所述的馈电探针设置在介质板的圆心上。
本发明采用了介质集成波导技术，解决了传统微带贴片天线易受表面波影响的问题，具有易集成和易加工的特点，且通过背腔的结构产生一个一阶腔模，从而实现宽带特性，结构简单易实现。
在一种优选的方案中，所述的背腔式缝隙天线还包括接地板，所述的接地板的形状是圆柱体，接地板的一个底面与介质板的另一个底面连接，接地板的截面的面积与介质板的截面的面积相等且接地板的圆心与介质板的圆心共轴。
在一种优选的方案中，所述的圆孔的半径是7mm。
在一种优选的方案中，导电板的底面的半径是15mm。
在一种优选的方案中，所述的短路过孔的孔内表面覆铜。
在一种优选的方案中，所述的短路过孔的直径是1mm。
在一种优选的方案中，所述的短路过孔等间隔环绕设置圆孔的边缘，短路过孔彼此之间的距离是1.22mm。
在一种优选的方案中，所述的馈电探针放置在天线的正中心且纵向贯穿介质板。
在一种优选的方案中，所述的介质板的厚度是3mm。
在一种优选的方案中，所述的背腔式缝隙天线通过印刷电路板技术制作而成。
本优先方案中，制作天线采用印刷电路板(PCB)技术，成本低，装配难度低。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
1、本发明采用了介质集成波导技术，解决了传统微带贴片天线易受表面波影响的问题，具有易集成和易加工的特点。
2、本发明通过背腔的结构产生一个一阶腔模，从而实现宽带特性，结构简单易实现。
附图说明
图1为实施例的透视图。
图2为实施例的俯视图。
图3为实施例的侧视图。
图4为实施例的反射系数和增益图。
图5为实施例的辐射方向图。
附图标号说明：
Figure RE-GDA0002792109170000021
Figure RE-GDA0002792109170000031
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例
如图1-图3所示，一种基于基片集成波导的背腔式缝隙天线，包括馈电探针 1，金属地板2，上层金属板3，短路过孔4和介质板6，金属地板2和上层金属板3分别位于所述介质板6的上、下表面，上层金属板3带有圆形空槽5，短路过孔4沿着空槽5的边缘排列，在空槽5中心位置设有馈电探针1，所述馈电探针纵向贯穿介质板6。
在本实施例中，如图2所示，上层金属板3带有圆形的空槽5，上层金属板 3的半径：Rg，空槽5的半径：Rc。
进一步的，短路过孔4内表面覆铜。所述短路过孔参数根据天线性能和阻抗匹配要求确定。短路过孔4分布在所述空槽5的边缘。
在本实施例中，如图2所示，短路过孔4的直径：d，每两个相邻的短路过孔的间距：s。
更进一步的，馈电探针1的放置在空槽的正中间，使得天线能够对称。
在本实施例中，如图2所示，馈电探针1位于空槽的中心处，馈电探针直径： Df。
更进一步的，所述介质板6为固体电介质。
在本实施例中，如图2所示，介质板6的半径：Rg，厚度：h。
在本实施例中，所述金属地板2和上层金属板3为等大圆形，且与介质板6 的横截面的维度一致。
为了达到易集成的效果，金属地板2和上层金属板3为平面结构，且都紧贴介质板6。
更进一步的，该天线采用印刷电路板技术制作而成。
在本实施例中，制作天线采用印刷电路板(PCB)技术，成本低，装配难度低。
测试环境：
天线装配在介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，半径为15mm，厚度为 3mm的电介质层上；上层金属板半径为15mm，带有的空槽的半径为7mm。短路过孔的直径为1mm，相邻短路过孔间隔为1.22mm。馈电探针直径为1.27 mm。
图4是本发明的反射系数和峰值增益曲线图，从图4中可以看出天线阻抗带宽(|S11|<-10dB)约为13.6％，最大增益为4.7dBi。
图5是本发明工作在16.06GHz的辐射方向图，可以看到天线的方向图稳定，水平方向上全向性辐射。
在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，上述的是实施例的限定并不能理解为对本专利的限制。
本实施例中有涉及“上”、“下”、“左”、“右”等的描述，则该“上”、“下”、“左”、“右”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“上”、“下”、“左”、“右”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
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。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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 (10)

1.一种基于基片集成波导的背腔式缝隙天线，其特征在于，包括介质板、导电板和馈电探针，其中，
所述的导电板的形状是圆柱体，所述的介质板的形状是圆柱体，导电板的一个底面与介质板的一个底面连接，导电板的截面的面积与介质板的截面的面积相等且导电板的圆心与介质板的圆心共轴；
所述的导电板上开设有圆孔，所述的圆孔的圆心与介质板的圆心共轴；
所述的圆孔的边缘环绕开设有若干个短路过孔；
所述的馈电探针设置在介质板的圆心上。
2.根据权利要求1所述的背腔式缝隙天线，其特征在于，所述的背腔式缝隙天线还包括接地板，所述的接地板的形状是圆柱体，接地板的一个底面与介质板的另一个底面连接，接地板的截面的面积与介质板的截面的面积相等且接地板的圆心与介质板的圆心共轴。
3.根据权利要求1或2所述的背腔式缝隙天线，其特征在于，所述的圆孔的半径是7mm。
4.根据权利要求3所述的背腔式缝隙天线，其特征在于，导电板的底面的半径是15mm。
5.根据权利要求1、2或4所述的背腔式缝隙天线，其特征在于，所述的短路过孔的孔内表面覆铜。
6.根据权利要求5所述的背腔式缝隙天线，其特征在于，所述的短路过孔的直径是1mm。
7.根据权利要求6所述的背腔式缝隙天线，其特征在于，所述的短路过孔等间隔环绕设置圆孔的边缘，短路过孔彼此之间的距离是1.22mm。
8.根据权利要求1、2、4、6或7所述的背腔式缝隙天线，其特征在于，所述的馈电探针放置在天线的正中心且纵向贯穿介质板。
9.根据权利要求8所述的背腔式缝隙天线，其特征在于，所述的介质板的厚度是3mm。
10.根据权利要求1、2、4、6、7或9所述的背腔式缝隙天线，其特征在于，所述的背腔式缝隙天线通过印刷电路板技术制作而成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102842757A (zh) * 2012-09-25 2012-12-26 东南大学 双频双极化背腔缝隙天线

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SHUANGQI CAI等: "Investigation of SIW Cavity-Backed Slot and Patch Antennas With Conical Radiation Patterns", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *

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