專利名稱：基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于無(wú)線通信、電子偵察與對(duì)抗及雷達(dá)等領(lǐng)域的天線及饋電技術(shù)，該天饋線采用基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide SIW) 饋電及平面印刷電路技術(shù)，特別適合于天饋線需要與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平面集成和密封的 應(yīng)用場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
電子設(shè)備中的天饋線常用的同軸線、矩形波導(dǎo)及與這些傳輸線相適應(yīng)的天線 結(jié)構(gòu)大多是傳統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)。它們具有高功率容量、低損耗的優(yōu)點(diǎn)，但加工成本 高，不適合與現(xiàn)代平面電路集成。為適應(yīng)系統(tǒng)集成和設(shè)備輕量化的要求，人們提 出了多種適合平面印刷工藝的天饋線技術(shù)，其中包括微帶線、槽線、共面波導(dǎo)等， 以及與這些傳輸線相適應(yīng)的各種天線，如各種微帶天線和印刷形式的天線。這些 技術(shù)雖然較好地解決了與電路集成的要求，但也存在著諸如功率容量小、損耗大、 因結(jié)構(gòu)開(kāi)放而不便密封等問(wèn)題。在許多需要電路與天線之間隔開(kāi)的場(chǎng)合，通常的 辦法是將隔墻開(kāi)孔讓微帶線等開(kāi)放結(jié)構(gòu)的傳輸線穿過(guò)，或通過(guò)同軸接頭轉(zhuǎn)接。前 者不便密封，后者增加了復(fù)雜性和體積、成本?；刹▽?dǎo)(SIW)技術(shù)克服了 傳統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)傳輸線和一般平面?zhèn)鬏斁€缺點(diǎn)。SIW技術(shù)在保持傳統(tǒng)波導(dǎo)高功率、低損耗優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還保留了一般平面印刷傳輸線易于集成、輕量化、易加工、便于密封等優(yōu)點(diǎn)，但適合SIW饋電的天線種類還不是很多。因此需要研究一種新方法解決天饋線集成、天饋線與電路集成及密封問(wèn)題。 發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型的目的是提出一種基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，使 其能很好地滿足天饋線與電路集成和密封的要求，同時(shí)擴(kuò)展SIW技術(shù)在天線領(lǐng)域 的應(yīng)用范圍，使之適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合。該天餓線具有功率容量大、損耗小、體
積小、成本低、便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)方案本實(shí)用新型的天線及饋電技術(shù)基于SIW技術(shù)、SIW與漸變雙線、微帶線過(guò)渡及印刷振子天線技術(shù)。采用SIW傳輸，通過(guò)SIW-雙線過(guò)渡給印刷振子 天線饋電，電路與天線之間的隔板(或天線的反射板)上開(kāi)縫隙，天線用SIW段穿過(guò)縫隙實(shí)現(xiàn)與隔板內(nèi)側(cè)電路密封連接。本實(shí)用新型的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，包括一塊介質(zhì)基片，和在介質(zhì) 基片上的基片集成波導(dǎo)，其特征在于該天線的基片集成波導(dǎo)由介質(zhì)基片上下兩面 的金屬面和貫穿于上下兩層金屬面的金屬化通孔陣列圍成的區(qū)域構(gòu)成，該上下兩面的金屬面軸對(duì)稱設(shè)置；其中，在介質(zhì)基片的上下表面，在基片集成波導(dǎo)中心線 的一側(cè)連接有雙線傳輸線的漸變過(guò)渡段，在漸變過(guò)渡段的外端即漸變過(guò)渡線平衡 端連接有振子天線；在基片集成波導(dǎo)上與漸變過(guò)渡段相對(duì)稱的另一側(cè)連接有微帶 過(guò)渡轉(zhuǎn)接器，微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)接器的外側(cè)連接微帶傳輸線。在以上結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還可有以下的結(jié)構(gòu)在基片集成波導(dǎo)上的漸變過(guò)渡段的 一旁設(shè)有寄生桿。在基片集成波導(dǎo)上的漸變過(guò)渡段的兩旁分別設(shè)有寄生桿。在漸 變過(guò)渡段兩旁對(duì)稱于介質(zhì)基片兩側(cè)的寄生桿，由第五金屬化通孔陣列連接。在對(duì)稱于介質(zhì)基片上的振子天線的另一側(cè)設(shè)有對(duì)稱振子天線的第一矩形金屬 條帶和第二矩形金屬條帶，并由第四金屬化通孔陣列將振子天線與對(duì)稱振子天線 的第一矩形金屬條帶和第二矩形金屬條帶連接。有益效果本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1. 由于采用基片集成波導(dǎo)作為天線饋線，使天線與電路之間密封更簡(jiǎn)單方便 和經(jīng)濟(jì)。電路盒隔板或天線反射板可直接壓在基片集成波導(dǎo)的上下底面上(圖l、 圖2中的21)，不需要在隔板上另外開(kāi)孔或附加任何轉(zhuǎn)接措施，便既能達(dá)到密封的 目的也不會(huì)影響信號(hào)傳輸。2. 以漸變線的方式實(shí)現(xiàn)了波導(dǎo)到雙線(TE波到TEM波)的直接變換，實(shí)現(xiàn)了 SIW為振子天線饋電，擴(kuò)展了SIW技術(shù)在天線領(lǐng)域里的應(yīng)用范圍。3. 釆用基片集成波導(dǎo)作為天線饋線，與微帶、共面波導(dǎo)等傳輸線相比功率容 量大，損耗小。4. 用金屬化通孔陣列將單面結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為雙面對(duì)稱印刷結(jié)構(gòu)，增加了結(jié)構(gòu)對(duì)稱
性，改善了交叉極化和帶寬性能。增加寄生元件實(shí)現(xiàn)對(duì)天線E面波束寬度的控制、 降低陣列E面互耦。5.整個(gè)天饋線的各部分集成為一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全部利用PCB工藝生產(chǎn)，成 本低、精度高、重復(fù)性好，適合大批量生產(chǎn)。


圖l是基本型基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是雙面對(duì)稱印刷結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線結(jié)構(gòu)示意圖。以上的圖中有介質(zhì)基片1,基片集成波導(dǎo)2,介質(zhì)基片上下兩面的金屬層21, 兩行金屬化通孔陣列22，基片集成波導(dǎo)的波導(dǎo)寬邊23，基片集成波導(dǎo)與雙線傳輸 線的漸變過(guò)渡段3，漸變過(guò)渡段在基片集成波導(dǎo)寬邊上的輸入端31，漸變過(guò)渡段 的平衡輸出端32，振子第一臂41,振子第二臂42，振于第一臂41，振子第二臂 42構(gòu)成振子天線4，金屬化通孔陣列4a，第一矩形金屬條帶41b，第二矩形金屬 條帶42b，寄生桿5，金屬化通孔陣列5a，寄生桿5對(duì)面形狀與5相同的金屬條帶 5b,基片集成波導(dǎo)-微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)接器6，微帶傳輸線7。
具體實(shí)施方式
基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線(如圖1所示)包括一塊介質(zhì)基片1，在介質(zhì)基 片1上的基片集成波導(dǎo)2 (基片集成波導(dǎo)2由介質(zhì)基片上下兩面的金屬21和貫穿 于上下兩層金屬面的金屬化通孔陣列22圍成的區(qū)域構(gòu)成)，基片集成波導(dǎo)與雙線 傳輸線的漸變過(guò)渡段3，與漸變過(guò)渡線平衡端連接的振子天線的兩個(gè)臂振子第一臂 41,振子第二臂42,寄生桿5和基片集成波導(dǎo)-微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)接器6與微帶傳輸線7， 漸變過(guò)渡段的輸入端31與基片集成波導(dǎo)在基片上下兩側(cè)的波導(dǎo)寬邊23中心處連 接，漸變過(guò)渡段的平衡輸出端32連接印刷振子的第一臂41和第二臂42，振子第 一臂41，振子第二臂42構(gòu)成振子天線4，在振子第一臂41和第二臂42下方的寄 生桿5為可選元件，可用以展寬天線E面方向圖波束寬度，在陣列中還用以減小 天線單元間E面互耦，為與電路的微帶線連接，基片集成波導(dǎo)的另一端通過(guò)基片 集成波導(dǎo)-微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)接器6與微帶傳輸線7相連，在圖1結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過(guò)用金 屬化通孔陣列4a將振子第一臂41、振子第二臂42分別與其相對(duì)的第一矩形金屬
條帶41b,第二矩形金屬條帶42b連接，用金屬化通孔陣列5a把寄生桿5與基片 對(duì)面形狀與5相同的金屬條帶5b連接(如圖2所示)，使工作帶寬增加，交叉極 化性能得到改善。實(shí)施例1帶有金屬反射板的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線。 天線結(jié)構(gòu)如圖2所示，尺寸單位均為mm。金屬反射板尺寸為150X150X4 (L XWXH),在反射板上開(kāi)有43X1的縫隙讓帶有基片集成波導(dǎo)和印刷天線的介質(zhì)基 片穿過(guò)。本實(shí)施例的基片尺寸為43X44X1。反射板一側(cè)為向外輻射的天線，另一 側(cè)為SIW和與電路連接的過(guò)渡轉(zhuǎn)接。使縫隙位于SIW處，這樣即可達(dá)到密封、隔 離的目的，又不會(huì)因?yàn)榻饘俜瓷浒迳系目p隙與基片上下兩面的金屬連接而造成射 頻信號(hào)的短路。實(shí)施例2與電路屏蔽盒實(shí)現(xiàn)密封連接的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線陣。由基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線通過(guò)反射板及屏蔽盒壁上的縫隙與電路屏蔽 盒內(nèi)部的電路實(shí)現(xiàn)密封連接的天線陣結(jié)構(gòu)，實(shí)例為8X8的陣列，每塊天線板上加 工有按水平方向排列的8個(gè)如圖1或圖2所示結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天 線單元(為畫圖方便示意圖中用圖1結(jié)構(gòu)表示)，每個(gè)單元由SIW段通過(guò)反射板及 電路盒殼體上的縫隙與電路盒內(nèi)部對(duì)應(yīng)的電路連接，共有8層這樣的電路盒及天 線板垂直排列構(gòu)成8X8的陣列。由于每層電路盒的縫隙直接壓接在SIW上而不會(huì) 影響信號(hào)傳輸，縫隙處涂密封膠也不會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸造成影響，所以這種結(jié)構(gòu)的天 線能很好地解決天線與電路之間的氣密、水密連接問(wèn)題。本專利工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體基金60621002的資助。
權(quán)利要求1.一種基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，包括一塊介質(zhì)基片(1)，和在介質(zhì)基片(1)上的基片集成波導(dǎo)(2)，其特征在于該天線的基片集成波導(dǎo)(2)由介質(zhì)基片(1)上下兩面的金屬面(21)和貫穿于上下兩層金屬面(21)的金屬化通孔陣列(22)圍成的區(qū)域構(gòu)成，該上下兩面的金屬面(21)軸對(duì)稱設(shè)置；其中，在介質(zhì)基片(1)的上下表面，在基片集成波導(dǎo)(2)中心線的一側(cè)連接有雙線傳輸線的漸變過(guò)渡段(3)，在漸變過(guò)渡段(3)的外端即漸變過(guò)渡線平衡端連接有振子天線(4)；在基片集成波導(dǎo)(2)上與漸變過(guò)渡段(3)相對(duì)稱的另一側(cè)連接有微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)接器(6)，微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)接器(6)的外側(cè)連接微帶傳輸線(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，其特征在于在基 片集成波導(dǎo)(2)上的漸變過(guò)渡段(3)的一旁設(shè)有寄生桿(5)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，其特征在于 在基片集成波導(dǎo)(2)上的漸變過(guò)渡段(3)的兩旁分別設(shè)有寄生桿(5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，其特征在于在漸 變過(guò)渡段(3)兩旁對(duì)稱于介質(zhì)基片(1)兩側(cè)的寄生桿(5)，由第五金屬化通孔 陣列(5a)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，其特征在于在對(duì)稱 于介質(zhì)基片(1)上的振子天線(4)的另一側(cè)設(shè)有對(duì)稱振子天線的第一矩形金屬 條帶(41b)和第二矩形金屬條帶(42b)，并由第四金屬化通孔陣列(4a)將振子 天線(4)與對(duì)稱振子天線的第一矩形金屬條帶(41b)和第二矩形金屬條帶(42b) 連接。
專利摘要基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線涉及一種應(yīng)用于無(wú)線通信、電子偵察與對(duì)抗及雷達(dá)等領(lǐng)域的天線及饋電技術(shù)，特別適合于天饋線需要與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平面集成和密封的應(yīng)用場(chǎng)合。該天線的基片集成波導(dǎo)(2)由介質(zhì)基片(1)上下兩面的金屬面(21)和貫穿于上下兩層金屬面(21)的金屬化通孔陣列(22)圍成的區(qū)域構(gòu)成，該上下兩面的金屬面(21)軸對(duì)稱設(shè)置；其中，在介質(zhì)基片(1)的上下表面，在基片集成波導(dǎo)(2)中心線的一側(cè)連接有雙線傳輸線的漸變過(guò)渡段(3)，在漸變過(guò)渡段(3)的外端即漸變過(guò)渡線平衡端連接有振子天線(4)；在基片集成波導(dǎo)(2)上與漸變過(guò)渡段(3)相對(duì)稱的另一側(cè)連接有微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)接器(6)，微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)接器(6)的外側(cè)連接微帶傳輸線(7)。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK201048157SQ20072004024
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者嚴(yán)蘋蘋, 晨 余, 偉 洪, 玲 田, 蒯振起, 陳繼新 申請(qǐng)人:東南大學(xué)