CN114336023A - 宽带高增益基片集成波导谐振腔天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，包括上层介质板和下层介质板，上层介质板的顶部设置有16个的对角分布金属贴片单元，下层介质板的顶部设置有金属地板，金属地板中心刻蚀带有对称枝节的长条形缝隙，下层介质板的底部设置有微带馈电线，微带馈电线的终端与50Ω的SMA接头相连。提高了传统缝隙天线的增益，降低天线前后比，提升辐射性能。
Description
技术领域
本发明属于波导天线技术领域，涉及宽带高增益基片集成波导谐振腔天线。
背景技术
天线作为通讯***的终端影响着整个通信***的性能，探测距离的远近代表着天线的性能好坏。探测距离以及探测精度用天线的参数来表示的话主要体现在天线增益的高低。天线的增益越高，探测的距离越远，但是，随着天线增益的提升，天线后向辐射会不可避免的增大，影响着天线的辐射性能，因此，如何在提升天线增益的同时有效减小前后比，这给了研究者不小的挑战。
基片集成波导(SIW)的出现满足了人们对于高定向性天线的需求，这种形式的天线结构简单，具有较高的Q值和方向性，便于和***进行集成。与此同时，超构表面作为近些年新兴起的技术受到许多研究人员的关注，将超构表面加载在天线体统中能够有效提升天线的整体性能。比如，展宽宽带，波束调控，极化转换，提高增益等等。将SIW天线与超构表面相结合，即充分保留了SIW天线高定向性和低后向辐射的优势，又借助超构表面大大提升了天线的整体性能，因此这两项技术的相互融合是十分具有前景的，并且受到了许多研究人员的关注。
发明内容
本发明的目的是提供一种宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，提高了传统缝隙天线的增益，降低天线前后比，提升辐射性能。
本发明所采用的技术方案是，宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，包括上层介质板和下层介质板，上层介质板的顶部设置有16个的对角分布金属贴片单元，下层介质板的顶部设置有金属地板，金属地板中心刻蚀带有对称枝节的长条形缝隙，下层介质板的底部设置有微带馈电线，微带馈电线的馈电线终端与50Ω的SMA接头相连。
本发明的特点还在于：
缝隙的辐射零点附近对称加载有两个短枝节。
16个金属单元按对角型分布，轴向距离相同。
金属贴片单元四周分布有SIW谐振腔，SIW谐振腔的金属通孔连接金属地板。
上层介质板和下层介质板采用介电常数为3.38的Rogers 4003C介质板。
本发明的有益效果是：本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，提高了传统缝隙天线的增益，降低天线前后比，提升辐射性能。引入多模谐振理论，展宽天线带宽，超构表面位于辐射天线的顶部，用来进一步提升天线的整体性能，同时，传统的缝隙天线后向辐射比较大，能量损失较多，本发明采用SIW谐振腔的设计，进一步提高了天线的前后比。最重要的也是本发明的创新点在于通过对超构表面单元的改进设计，提高了天线的增益，提升幅度大概有2dBi。
附图说明
图1是本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线的结构示意图；
图2是本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线进化对比图；
图3是本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线的S参数随频率变化的对比图；
图4是本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线的增益随频率变化变化的对比图；
图5是本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线在5GHz时增益方向图随频率变化的对比图；
图6是本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线中缝隙的S参数学习示意图；
图7是本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线中缝隙在5GHz时方向图参数学习示意图；
图8是本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线的仿真和实测S参数随频率变化曲线；
图9是本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线的仿真和实测增益随频率变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，如图1所示，包括上层介质板和下层介质板，上层介质板的顶部设置有16个的对角分布金属贴片单元，下层介质板的顶部设置有金属地板，金属地板中心刻蚀带有对称枝节的长条形缝隙，下层介质板的底部设置有微带馈电线，微带馈电线的终端与50Ω的SMA接头相连。缝隙的辐射零点附近对称加载有两个短枝节。16个金属单元按对角型分布，轴向距离相同。金属贴片单元四周分布有SIW谐振腔，SIW谐振腔的金属通孔连接金属地板。上层介质板和下层介质板采用介电常数为3.38的Rogers 4003C介质板。
本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，由两层介质板和三层金属面组成，上层介质板的顶部放置有16个的对角分布金属贴片单元，下层介质板的顶部设置有金属地板，金属地板中心刻蚀带有对称枝节的长条形缝隙，下层介质板的底部设置有微带馈电线，馈电线终端与50Ω的SMA接头相连。天线由多模缝隙天线进行馈电,两个短枝节与对称添加在缝隙的辐射零点附近，引入了额外的辐射模式，有效的展宽了天线的工作带宽。
本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，介质板采用两块的介电常数为3.38的Rogers 4003C介质板，厚度分别为H1和H2，介质板尺寸L1×L1，16个的对角分布金属贴片单元位于上层介质板顶面，SIW谐振腔分布在金属单元四周，直径Dsiw，相距为Psiw的金属通孔连接贴片和地板，金属地板位于下层介质板顶面，两层介质板之间无空隙。金属地板中心刻蚀带有对称枝节的长条形缝隙，下层介质板的底部设置有微带馈电线。本发明一种宽带高增益基片集成波导谐振腔天线采用侧向馈电，共有1个馈电端口，馈电线终端与50Ω的SMA接头相连。
本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线在馈电部分引入多模谐振理论，展宽天线带宽。其次在辐射天线的顶部加载超构表面，用进一步提升天线的整体性能，同时，传统的缝隙天线后向辐射比较大，能量损失较多，本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线采用SIW谐振腔的设计，进一步提高了天线的前后比。本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线通过对超构表面单元的改进设计，提高了天线的增益，提升幅度大概有2dBi。
图2为天线的进化图设计，天线由两层介质板组成，由多模缝隙天线馈电，超构表面由4×4切角贴片单元组成，位于上层介质板顶部。在天线的基础上，在超构表面的***引入了SIW谐振腔，形成了天线2。从图3和图4中可以看到天线2对比与天线1阻抗带宽在低频部分有小的展宽(200MHz)，而增益也有不大的提升(大概0.4dBi)，这说明SIW谐振腔对于原始天线的性能不会造成大的恶化，而图5看出，SIW谐振腔可以有效降低后向辐射，提高天线的前后比，这里因为SIW谐振腔有效的束缚了超构表面的能量，减小了能量的流失，在一定程度上提高了天线的增益。同时由于SIW谐振腔自身的辐射特性，减小了后向辐射，从而提高了天线整体的前后比。图6和图7针对于超构单元间距G的进行参数学习，如图6所示，随着G增加，工作带宽变窄，但同时匹配性能变好，通过选取适当的G值，就可以调整工作带宽。如图7所示，随着G的增大，副瓣降低，后向辐射基本不变。
图8给出了S参数随频率变化的仿真实测图，从图8中可以看出，天线的仿真工作带宽分别为1.7GHz(4.3GHz-6GHz)，而实测的带宽比仿真的略窄，分别为1.6GHz(4.1GHz-5.6GHz)实测带宽和仿真带宽的不大的差距可能是由于焊点的影响和加工误差导致的。图9给出了增益随频率变化的仿真实测图，从图中可以看出仿真增益在工作频带范围内比较稳定，在5.4GHz是峰值增益为10.9dBi，实测增益与仿真增益相似度较高。
本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，包括两层介质板和三层金属面，上层介质板的顶部放置有16个的对角分布金属贴片单元，下层介质板的顶部设置有金属地板，金属地板中心刻蚀带有对称枝节的长条形缝隙，下层介质板的底部设置有微带馈电线，馈电线终端与50Ω的SMA接头相连。引入多模谐振理论，展宽天线带宽，超构表面位于辐射天线的顶部，用来进一步提升天线的整体性能，本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线采用SIW谐振腔的设计，进一步提高了天线的前后比。本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线通过对超构表面单元的改进设计，提高了天线的增益，提升幅度大概有2dBi。提高了传统缝隙天线的增益，降低天线前后比，提升辐射性能。
Claims (5)
1.宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，其特征在于，包括上层介质板和下层介质板，所述上层介质板的顶部设置有16个的对角分布金属贴片单元，所述下层介质板的顶部设置有金属地板，所述金属地板中心刻蚀带有对称枝节的长条形缝隙，所述下层介质板的底部设置有微带馈电线，所述微带馈电线的馈电线终端与50Ω的SMA接头相连。
2.如权利要求1所述的宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，其特征在于，所述缝隙的辐射零点附近对称加载有两个短枝节。
3.如权利要求1所述的宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，其特征在于，16个所述金属单元按对角型分布，轴向距离相同。
4.如权利要求1所述的宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，其特征在于，所述金属贴片单元四周分布有SIW谐振腔，所述SIW谐振腔的金属通孔连接金属地板。
5.如权利要求1所述的宽带高增益基片集成波导谐振腔天线，其特征在于，所述上层介质板和下层介质板采用介电常数为3.38的Rogers 4003C介质板。
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