本發(fā)明涉及一種三角形半?；刹▽?dǎo)背腔縫隙天線，特別涉及一種基于三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔的縫隙線極化天線，屬于微波技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

無(wú)線通信系統(tǒng)中，天線作為發(fā)射或接收信號(hào)的重要電子部件，其性能的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，因此研發(fā)小型化、集成化和性能高的射頻天線已經(jīng)成為一種迫切的現(xiàn)實(shí)需求。平面縫隙天線由于具有高效率、易組陣、可集成化等優(yōu)點(diǎn)，剛好順應(yīng)了現(xiàn)代無(wú)線電子通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，越來(lái)越受到廣大科學(xué)研究人員和工程設(shè)計(jì)者的青睞。但是傳統(tǒng)縫隙天線的輻射是雙向的，當(dāng)需要單向輻射的縫隙天線時(shí)，通常會(huì)在輻射縫隙的背面加一個(gè)金屬腔體來(lái)抑制后向輻射的電磁能量，但是這種傳統(tǒng)的背腔縫隙天線具有體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本高等缺點(diǎn)，因此需要去設(shè)計(jì)重量輕、成本低和易于與平面電路集成的低剖面高增益縫隙天線。

基片集成波導(dǎo)是近年來(lái)工程研究和應(yīng)用較多的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，它不僅保留了傳統(tǒng)金屬波導(dǎo)的輻射損耗小、插入損耗低、功率容量大、加工工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，同時(shí)具有成本低、尺寸小、重量輕、易集成等優(yōu)點(diǎn)，采用基片集成波導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的背腔縫隙天線不僅保留了傳統(tǒng)金屬背腔縫隙天線輻射性能高的優(yōu)點(diǎn)，并且大大減小了天線體積，同時(shí)又能非常方便的和平面電路進(jìn)行集成。因此，對(duì)于基于基片集成諧振腔的小型化平面縫隙天線的研究，具有十分重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了進(jìn)一步減小天線體積和加工成本，降低天線集成復(fù)雜度，本發(fā)明在三角形基片集成波導(dǎo)背腔縫隙天線的基礎(chǔ)上，提出了一種基于三角形半模基片集成波導(dǎo)諧振的背腔縫隙天線。將半模基片集成波導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用到諧振腔中，用半封閉基片集成波導(dǎo)諧振腔來(lái)代替背腔縫隙天線中通常采用的封閉基片集成波導(dǎo)諧振腔，并將切割腔體形成的開(kāi)放側(cè)壁作為輻射縫隙，本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，并且在保持較高輻射效率的同時(shí)，又大大減小了天線的幾何尺寸，提高了天線集成度。由于使用的三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔體，本發(fā)明天線同時(shí)又具有結(jié)構(gòu)緊湊、方便布局的特性。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種三角形半模基片集成波導(dǎo)背腔縫隙天線，包括上、下表面均涂覆有金屬層的介質(zhì)板；介質(zhì)板上設(shè)置有兩排相連的等間距金屬化通孔，與介質(zhì)板上下表面金屬層、介質(zhì)板構(gòu)成三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔；該三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔為半封閉腔體，其開(kāi)放側(cè)壁作為輻射縫隙，且開(kāi)放側(cè)壁與其中一排金屬化通孔垂直；介質(zhì)板下表面設(shè)置有一個(gè)作為激勵(lì)源的接地共面波導(dǎo)，該接地共面波導(dǎo)從三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔的斜邊接入三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔，且該接地共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)帶與前述三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔的斜邊垂直；介質(zhì)基板的下表面還設(shè)置有一條從介質(zhì)基板一邊向內(nèi)延伸的微帶線，該微帶線與接地共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)帶連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，微帶線的寬度等于接地共面波導(dǎo)中心導(dǎo)帶的寬度。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，金屬化通孔的直徑大于或等于金屬化通孔間距的二分之一。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，介質(zhì)板的厚度遠(yuǎn)小于介質(zhì)波長(zhǎng)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，微帶線兩側(cè)的介質(zhì)板上未涂覆金屬層。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明在三角形基片集成波導(dǎo)背腔平面縫隙天線的基礎(chǔ)上，將封閉的三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔沿中心對(duì)稱面切割形成半封閉的三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔，并作為本發(fā)明的背腔結(jié)構(gòu)，將切割形成的開(kāi)放側(cè)壁作為輻射縫隙，同時(shí)采用接地共面波導(dǎo)進(jìn)行饋電，通過(guò)調(diào)節(jié)共面波導(dǎo)伸入半模腔體中的深度來(lái)達(dá)到阻抗匹配的要求，從而使天線的輻射效率最高。可以看出，將半?；刹▽?dǎo)技術(shù)應(yīng)用到諧振腔中，用半封閉諧振腔來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)天線中的封閉諧振腔，在保持天線增益幾乎不變的同時(shí)，又大大減小了天線的幾何尺寸，提高了天線集成度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明的俯視圖。

圖3是本發(fā)明的仰視圖。

其中，1-上層金屬層；2-介質(zhì)板；3-金屬化通孔；4-微帶線；5-接地共面波導(dǎo)；6-下層金屬層。

圖4是本實(shí)施例仿真的電場(chǎng)等值線分布圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例腔體截面的矢量電場(chǎng)分布。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例仿真的s11參數(shù)和增益隨頻率變化圖。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例仿真的e面方向圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例仿真的h面方向圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

本發(fā)明三角形半?；刹▽?dǎo)背腔縫隙天線，是一種基于三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔的線極化縫隙天線，整個(gè)天線包括輻射結(jié)構(gòu)、激勵(lì)源和半模諧振腔都是被完全設(shè)計(jì)在單層介質(zhì)板上。其中，三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔是由介質(zhì)板上兩排等間距的金屬化通孔陣列、上層金屬層和下層金屬層構(gòu)成，相當(dāng)于將等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔沿其中心對(duì)稱軸垂直切割而形成的新型半封閉腔體結(jié)構(gòu)，切割面處的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔的開(kāi)放側(cè)壁作為輻射縫隙。為了使天線能夠?qū)崿F(xiàn)單向輻射，開(kāi)放側(cè)壁和底層涂覆有金屬層的介質(zhì)板相接，從而提高天線的方向性。作為激勵(lì)源的接地共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)蝕刻在介質(zhì)板的下層金屬層，從三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔的斜邊伸入，使天線工作在te110模式下。為滿足阻抗匹配要求，可通過(guò)調(diào)節(jié)接地共面波導(dǎo)深入腔體的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，為了方便實(shí)物測(cè)量，將50歐姆微帶線和50歐姆接地共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)帶相接。

對(duì)于工作在主模式下的等邊三角形基片集成波導(dǎo)諧振腔，腔體內(nèi)電場(chǎng)呈對(duì)稱分布，腔體對(duì)稱面處的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，當(dāng)沿著對(duì)稱面切割時(shí)，便形成了兩個(gè)三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔，開(kāi)放側(cè)壁便表現(xiàn)為理想磁壁的特性。對(duì)于三角形半?；刹▽?dǎo)背腔縫隙天線，由于半模諧振腔中仍然存在駐波，因此開(kāi)放側(cè)面（等效磁壁）就相當(dāng)于等效輻射縫隙結(jié)構(gòu)，因此天線的能量輻射是由半模三角形腔體中模激勵(lì)等效縫隙產(chǎn)生的。

本發(fā)明提供一種三角形半?；刹▽?dǎo)背腔縫隙天線，其結(jié)構(gòu)如圖1至圖3所示，包括上、下表面均涂覆有金屬層的介質(zhì)板；介質(zhì)板上設(shè)置有兩排相連的等間距金屬化通孔，與介質(zhì)板上下表面金屬層、介質(zhì)板構(gòu)成三角形半模基片集成波導(dǎo)諧振腔；該三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔為半封閉腔體，其開(kāi)放側(cè)壁作為輻射縫隙；介質(zhì)板下表面設(shè)置有一個(gè)作為激勵(lì)源的接地共面波導(dǎo)，該接地共面波導(dǎo)從三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔開(kāi)放側(cè)壁的對(duì)邊接入三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔，且該接地共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)帶與前述三角形半模基片集成波導(dǎo)諧振腔開(kāi)放側(cè)壁的對(duì)邊垂直；介質(zhì)基板的下表面還設(shè)置有一條從介質(zhì)基板一邊向內(nèi)延伸的微帶線，該微帶線與接地共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)帶連接。

本發(fā)明天線是由位于三角形半模基片集成波導(dǎo)諧振腔下層金屬層且伸入諧振腔體內(nèi)部的接地共面波導(dǎo)進(jìn)行饋電，其中，三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔是通過(guò)在上下表面均涂覆有金屬的介質(zhì)板上打兩排金屬化通孔陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了方便天線測(cè)量，介質(zhì)板的下表面還有一條與接地共面波導(dǎo)中心導(dǎo)帶以等寬度連接的50歐姆微帶線。

本發(fā)明中，金屬化通孔直徑大于金屬化通孔間距的二分之一且小于波導(dǎo)工作波長(zhǎng)的十分之一，且介質(zhì)基板的厚度要遠(yuǎn)小于介質(zhì)波長(zhǎng)，才能使腔體中的電磁場(chǎng)在垂直于介質(zhì)表面方向上基本沒(méi)有變化。滿足以上兩個(gè)條件之后，能量泄露基本可以被抑制到可忽略的水平。本發(fā)明天線的金屬層上并沒(méi)有蝕刻矩形輻射槽，而是將三角形半模諧振腔體的開(kāi)放側(cè)壁作為輻射結(jié)構(gòu)，電磁能量通過(guò)該側(cè)壁縫隙被輻射到自由空間。

本發(fā)明實(shí)施例是在厚度為0.5mm的rogersduroid5880單層介質(zhì)板上實(shí)現(xiàn)的，該介質(zhì)板材料的介電常數(shù)為2.2，損耗正切角為0.001；金屬化通孔的直徑為1mm，金屬化通孔的間距為1.5mm；和三角形半?；刹▽?dǎo)諧振腔的開(kāi)放側(cè)壁相接的矩形介質(zhì)板長(zhǎng)度為22.5mm，寬度為4mm；共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)帶寬度為1.45mm，兩邊縫隙寬度為0.7mm，長(zhǎng)度為11.1mm；微帶線寬度為1.45mm，長(zhǎng)度為4mm。利用三維電磁仿真軟件對(duì)所提出的天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，可得到如圖4所示的半?；刹▽?dǎo)諧振腔體中電場(chǎng)等值線的分布圖，可以看出，天線的工作模式為模，開(kāi)放側(cè)壁處電場(chǎng)強(qiáng)度最大。因?yàn)樵谔炀€的半模基片集成波導(dǎo)諧振腔中，駐波仍然存在，因此開(kāi)放側(cè)面（等效磁壁）就相當(dāng)于等效輻射結(jié)構(gòu)，能量便通過(guò)側(cè)壁縫隙輻射到自由空間，輻射原理如圖5所示。本發(fā)明實(shí)施例的s11和增益的仿真結(jié)果如圖6所示，可以看出，天線仿真的工作中心頻率為10.23ghz，-10db阻抗帶寬范圍為10.18~10.30ghz，在工作頻段內(nèi)回波損耗的最低值為-29.3db，可見(jiàn)天線較好地滿足了阻抗匹配的要求。另外，在工作頻段內(nèi)天線增益最大值為6.23，是在中心工作頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。圖7和圖8分別表示天線工作在10.23ghz時(shí)，e面和h面的主極化和交叉極化的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖，從這兩個(gè)方向圖可以看出，在130度到220度之間，天線兩輻射面的主極化方向圖幾乎一致，兩個(gè)切面的交叉極化都處于較低的水平，e面和h面的半率波束寬度分別為72度和88度。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。