CN208299012U - 一种基于基片集成波导的差分双极化天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于基片集成波导的差分双极化天线，包括介质基板，所述介质基板上表面设置相互正交的第一微带线及第二微带线，交点位于介质基板的中心点，所述介质基板下表面设置缝隙辐射结构及基片集成波导腔体结构，所述基片集成波导腔体结构与缝隙辐射结构相连接，所述第二微带线的中部与缝隙辐射结构短接。本实用新型具有良好的辐射特性。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信领域，具体涉及一种基于基片集成波导的差分双极化天线。
背景技术
无线电广播、通信、遥测、遥控以及导航等无线电***都是利用无线电波来传递信号的，而无线电波的发射和接收都通过天线来完成。因此天线设备是无线电***中不可或缺的重要组成部分。卫星和通信技术近年来发展非常迅速，卫星广播也在我国普及开来，ku波段卫星数字广播相比c波段就有体积小，方便接收，地面干扰小等优点。在通信中有时需要传输大的信息量，目前微波的低频段己经非常拥挤，只能转向ku波段和ka波段这些高频段来传输大信息量，研究ku波段的天线有着实际的应用意义。
基片集成波导技术是近年来提出的一种可以集成于介质基片中的具有低插损和低辐射等特性的新型波导结构，它是通过在上下底面为金属层的低损耗介质基片(如LTCC介质基片)上，开周期性金属化通孔阵列而实现。基片集成波导结构继承了传统的波导器件高品质因数和大功率容量等优良特性，同时又能够有效的实现有源和无源集成，应用SIW实现滤波器和双工器等高Q值的无源器件，可以把整个微波毫米波***制作在一个封装结构内，使微波毫米波***小型化，而且基片集成波导结构可以利用PCB或LTCC工艺精确实现，与传统波导形式的微波器件相比，加工成本十分低廉，因此在微波毫米波集成电路设计和生产中有广阔的应用前景。
差分天线改变了传统天线的单端口馈电设计，采用双馈电端口，对两馈电端口直接输入差分信号。差分天线较传统天线有以下优势：1)不需要使用巴伦等转换器件将射频前端输出的差分信号转换为单端口信号，可以有效的减少信号在输入端口的损耗，提高天线的效率。2)差分天线可直接与射频前端***输出的差分信号相接，使射频前端拥有更高的集成度。3)双极化天线采用差分馈电，可以获得较高的差分端口隔离度。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种基于基片集成波导的差分双极化天线。
本实用新型通过采用单层介质板、两条微带馈线、“十”字交叉型缝隙结构以及基片集成波导腔体结构进行组合,提出一种结构简单、端口隔离度高、便于制作实现的基片集成波导的差分双极化天线。
本实用新型采用如下技术方案：
一种基于基片集成波导的差分双极化天线，包括介质基板，所述介质基板上表面设置相互正交的第一微带线及第二微带线，交点位于介质基板的中心点，所述介质基板下表面设置缝隙辐射结构及基片集成波导腔体结构，所述基片集成波导腔体结构与缝隙辐射结构相连接，所述第二微带线的中部与缝隙辐射结构短接。
所述缝隙辐射结构为“十”字交叉型缝隙，两条缝隙以介质基板中心点为交叉点，分别位于交叉点的+45°和-45°方向，缝隙辐射结构关于介质基板中心点及以介质基板中心点为原点的X轴及Y轴对称。
所述两条缝隙的长度及宽度均相同，缝隙宽为0.01λ0-0.3λ0，缝隙长为0.5λ0-2λ0；其中λ0为该天线中心谐振频率处所对应的自由空间波长。
所述缝隙辐射结构的交叉点用四个长方形金属结构进行覆盖，四个长方形金属结构的长为0.1λ0-0.5λ0，宽为0.01λ0-0.4λ0，对交叉部分在+45°和-45°方向进行宽为0.01λ0-0.2λ0的切角，其中λ0为该天线中心谐振频率处所对应的自由空间波长。
所述基片集成波导腔体结构内设置金属化过孔及正方形缝隙，正方形缝隙位于基片集成波导腔体结构的底部。
第二微带线的中部设置与辐射缝隙结构短接的第一金属化过孔和第二金属化过孔。
所述第一微带线及第二微带线分别位于以介质基板中心点为原点的X轴及Y轴上。
还包括外接的SMA头，所述外接的SMA头有两组，一组其内外导体分别接第一微带线和缝隙辐射结构来对缝隙进行馈电，形成垂直极化电磁波；
另一组内外导体分别接缝隙辐射结构和第二微带线对缝隙进行馈电，形成水平极化电磁波。
所述第一微带线及第二微带线的结构尺寸相同，均由三段长宽不同的微带线连接构成。
所述缝隙辐射结构由差分信号馈电，直接馈入幅度相等且相位相差180度的差分信号。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的基片集成波导的差分双极化天线的阻抗相对带宽大于21％,端口隔离度大于58dB,辐射方向图保持稳定,结构简单,容易加工,在无线通信领域有很好的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型的立体结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的侧视图；
图4是图1中的缝隙辐射结构的俯视图；
图5是图1中第一微带线及第二微带线的俯视图；
图6是图1中的基片集成波导腔体结构；
图7是本实用新型的基片集成波导的差分双极化天线的阻抗和隔离度频率特性图；
图8是本实用新型的基片集成波导的差分双极化天线在频率14.5GHz处的XOZ平面的辐射方向图；
图9是本实用新型的基片集成波导的差分双极化天线在频率14.5GHz处的YOZ平面的辐射方向图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1-图6所示，一种基于基片集成波导的差分双极化天线，包括介质基板1，所述介质基板上表面设置相互正交的第一微带线3a及第二微带线3b，交点位于介质基板的中心点，第一微带线位于以介质基板中心点为原点的X轴上，第二微带线位于Y轴上，所述介质基板下表面设置缝隙辐射结构2及基片集成波导腔体结构5，缝隙辐射结构位于介质基板与基片集成波导腔体结构的中间，且与基片集成波导腔体结构连接，所述第二微带线的中间位置设置第一金属化过孔4a及第二金属化过孔4b与缝隙辐射结构短接，第一金属化过孔与第二金属化过孔的直径范围为0.005λ0-0.2λ0。
所述缝隙辐射结构2为“十”字交叉型缝隙，由两条缝隙构成，以介质基板中心点为交叉点，分别位于交叉点的+45°和-45°方向，构成“十”字交叉型缝隙结构，相交缝隙的四个末端在+45°和-45°，缝隙辐射结构关于介质基板中心点及以介质基板中心点为原点的X轴及Y轴对称。
两条缝隙的结构及尺寸相等，缝隙宽w1范围为0.01λ0-0.3λ0，缝隙长w2范围为0.5λ0-2λ0。其中λ0为该天线中心谐振频率处所对应的自由空间波长。
其中λ0为该天线中心谐振频率处所对应的自由空间波长。
缝隙交叉点用四个长方形金属结构进行部分覆盖，四个长方形结构关于介质基板中心点对称，缝隙辐射结构为类花瓣结构，长方形金属结构的宽为w3、长为w4,对交叉部分在+45°和-45°方向进行宽为w5的切角，其中,长方形金属结构的宽w3范围为0.01λ0-0.4λ0，长w4范围为0.1λ0-0.5λ0，切角宽w5范围为0.01λ0-0.2λ0，其角度为45度。
所述基片集成波导腔体结构内设置金属化过孔6及正方形缝隙7，正方形缝隙位于基片集成波导腔体结构的底部，边长W6范围为0.15λ0-0.25λ0。
所述介质基板长宽高为d1*d1*h1,所述基片集成波导腔体结构5位于介质基板1下方并紧挨介质基板1,大小d2*d2*h2。基片集成波导腔体结构5中的金属化过孔6，金属化过孔6的直径范围为0.005λ0-0.2λ0，所述介质基板1和基片集成波导腔体结构5的相对介电常数范围为1-10,介质基板1和基片集成波导腔体结构5的厚度范围为0.03λ0-0.6λ0。
所述第一微带线3a和第二微带线3b由长分别为s1、s2、s3和宽分别为g1、g2、g3微带线组成；所述第一微带线3a位于X轴上,所述第二微带线3b位于Y轴上,所述第一微带线3a及第二微带线3b的各参数范围为的范围为：s1的范围为0.1λ0-0.6λ0，s2的范围为0.1λ0-0.6λ0，s3的范围为0.1λ0-0.3λ0，g1的范围为0.02λ0-0.2λ0，g2的范围为0.02λ0-0.2λ0，g3的范围为0.005λ0-0.2λ0。
所述第一微带线3a组成与天线之间的阻抗匹配电路,所述第二微带线3b和第一金属化过孔4a和第二金属化过孔4b共同组成与天线之间的阻抗匹配电路。
还包括外接的SMA头，所述外接的SMA头有两组，一组其内外导体分别接第一微带线和缝隙辐射结构来对缝隙辐射结构的缝隙进行馈电，形成垂直极化电磁波；
另一组内外导体分别接缝隙辐射结构和第二微带线对缝隙进行馈电，形成水平极化电磁波。
所述缝隙辐射结构由差分信号馈电，直接馈入幅度相等且相位相差180度的差分信号。
本实施例中具体尺寸如下：
对照附图7,附图7给出了当介质基板1、基片集成波导腔体结构5分别按照相对介电常数为2.2、3.55，厚度为0.508mm、4mm；缝隙辐射结构2中w1为0.224λ0、w2为λ0、w3为0.04λ0、w4为0.0925λ0、w5为0.0165λ0、w6为0.22λ0、s1为0.55λ0、s2为0.55λ0、s3为0.23λ0、g1为0.07λ0、g2为0.07λ0、g3为0.015λ0时,通过HFSS仿真软件计算的所述天线的反射系数和隔离度频率特性。
根据图7的结果可见,基片集成波导差分双极化天线在工作频带为13GHz-16GHz时回波损耗达-10dB,相对工作频带宽度大于21％,隔离度超过58dB,具有高隔离度的工作特性。
附图8、9,附图8、9给出了当介质基板面积为1.335λ0*1.335λ0、基片集成波导腔体面积为1.02λ0*1.02λ0时,利用HFSS软件仿真计算得到的天线在工作频率为14.5GHz时,天线在XOZ面及YOZ面增益方向图。从附图8、9可见,天线具有良好的辐射特性。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于基片集成波导的差分双极化天线，其特征在于，包括介质基板，所述介质基板上表面设置相互正交的第一微带线及第二微带线，交点位于介质基板的中心点，所述介质基板下表面设置缝隙辐射结构及基片集成波导腔体结构，所述基片集成波导腔体结构与缝隙辐射结构相连接，所述第二微带线的中部与缝隙辐射结构短接。
2.根据权利要求1所述的差分双极化天线，其特征在于，所述缝隙辐射结构为“十”字交叉型缝隙，两条缝隙以介质基板中心点为交叉点，分别位于交叉点的+45°和-45°方向,关于介质基板中心点对称。
3.根据权利要求2所述的差分双极化天线，其特征在于，所述两条缝隙的长度及宽度均相同，缝隙宽为0.01λ0-0.3λ0，缝隙长为0.5λ0-2λ0；其中λ0为该天线中心谐振频率处所对应的自由空间波长。
4.根据权利要求2所述的差分双极化天线，其特征在于，所述缝隙辐射结构的交叉点用四个长方形金属结构进行覆盖，四个长方形金属结构的长为0.1λ0-0.5λ0，宽为0.01λ0-0.4λ0，对交叉部分在+45°和-45°方向进行宽为0.01λ0-0.2λ0的切角，其中λ0为该天线中心谐振频率处所对应的自由空间波长。
5.根据权利要求1所述的差分双极化天线，其特征在于，所述基片集成波导腔体结构内设置金属化过孔及正方形缝隙，正方形缝隙位于基片集成波导腔体结构的底部。
6.根据权利要求1所述的差分双极化天线，其特征在于，第二微带线的中部设置与辐射缝隙结构短接的第一金属化过孔和第二金属化过孔。
7.根据权利要求1所述的差分双极化天线，其特征在于，所述第一微带线及第二微带线分别位于以介质基板中心点为原点的X轴及Y轴上。
8.根据权利要求1所述的差分双极化天线，其特征在于，还包括外接的SMA头，所述外接的SMA头有两组，一组其内外导体分别接第一微带线和缝隙辐射结构来对缝隙进行馈电，形成垂直极化电磁波；
另一组内外导体分别接缝隙辐射结构和第二微带线对缝隙进行馈电，形成水平极化电磁波。
9.根据权利要求1所述的差分双极化天线，其特征在于，所述第一微带线及第二微带线的结构尺寸相同，均由三段长宽不同的微带线连接构成。
10.根据权利要求1所述的差分双极化天线，其特征在于，所述缝隙辐射结构由差分信号馈电，馈入幅度相等且相位相差180度的差分信号。
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