一種環(huán)形半模基片集成波導(dǎo)背射天線的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種小型化環(huán)形天線，具體涉及一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天 線。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 天線是無(wú)線通信系統(tǒng)中的重要組成部分，其本身性能的好壞嚴(yán)重影響通信系統(tǒng)的 性能指標(biāo)。天線的發(fā)展歷史悠久，結(jié)構(gòu)各異，各有特點(diǎn)。傳統(tǒng)的矩形金屬波導(dǎo)天線，增益高、 主瓣窄、損耗小，但是體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)平面集成。隨著微波技術(shù)的不斷發(fā)展， 人們不斷追求微波電路和微波器件的小型化、集成化，從而研究出了基片集成波導(dǎo)傳輸線 結(jié)構(gòu)?；刹▽?dǎo)與傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)有著類(lèi)似的傳輸特性，利用基片集成波導(dǎo)技術(shù)設(shè)計(jì)天 線，不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)天線特有的性能，克服傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)天線體積龐大的缺點(diǎn)， 而且容易實(shí)現(xiàn)雙頻、雙極化的工作方式。
[0003]近年來(lái)，半模基片集成波導(dǎo)作為微波毫米波技術(shù)領(lǐng)域里的一項(xiàng)前沿技術(shù)越來(lái)越受 人們注意的原因在于，半模基片集成波導(dǎo)不僅保留了全?；刹▽?dǎo)所有的優(yōu)點(diǎn)，如損 耗小、高Q值等，而且體積減小為全?；刹▽?dǎo)的一半，使得設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單，制作更為 方便。未來(lái)，半?；刹▽?dǎo)天線將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種環(huán)形半模基片集成波導(dǎo)背射天線。本發(fā)明 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，增益高，制作方便，可廣泛應(yīng)用于平面電路中。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：設(shè)計(jì)一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo) 背射天線，該天線包括介質(zhì)板、上層金屬面和下層金屬面。所述介質(zhì)板側(cè)壁上設(shè)有呈半圓 形排列的金屬化通孔，這些等間隔排列的金屬化通孔與介質(zhì)板的左窄邊側(cè)壁一起構(gòu)成了半 ?；刹▽?dǎo)腔體；所述上層金屬面的微帶線饋電方式采用嵌入式饋電，此種饋電方式 可以方便地調(diào)節(jié)天線的輸入阻抗；所述下層金屬面蝕刻有半圓形輻射區(qū)域以及一點(diǎn)短路結(jié) 構(gòu)，天線的諧振頻率和輸入阻抗隨短路結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度變化而變化。
[0006] 所述的半圓形基片集成波導(dǎo)腔體的半徑rl大于二分之一個(gè)波長(zhǎng)且小于一個(gè)波 長(zhǎng)。
[0007]所述的金屬化通孔的直徑d小于十分之一波長(zhǎng)，相鄰?fù)椎闹行拈g距S小于兩倍 的直徑長(zhǎng)度。
[0008]所述的下層金屬面的半圓形輻射區(qū)域的半徑r2小于等于五分之一波長(zhǎng)。
[0009]所述的下層金屬面上的短路結(jié)構(gòu)呈矩形，并關(guān)于直線AA'對(duì)稱。
[0010] 所述的介質(zhì)板Rogers5880,厚0· 5mm，相對(duì)介電常數(shù)為2. 2。
[0011] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)提供一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損 耗低、體積小、易于集成，其有益效果在于：1)半模基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不僅保留了全模基片 集成波導(dǎo)所有的優(yōu)點(diǎn)，如損耗小、高Q值等，而且體積減小為全?；刹▽?dǎo)的一半，設(shè) 計(jì)更為簡(jiǎn)單，制作更為方便；2)調(diào)節(jié)微帶線饋電的嵌入深度，可以實(shí)現(xiàn)良好的阻抗匹配和 較高的天線輻射效率；3)采用半圓環(huán)形天線結(jié)構(gòu)以及矩形短路結(jié)構(gòu)，可以有效調(diào)節(jié)天線的 諧振頻率及阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)小型化、高增益。 【【附圖說(shuō)明】】
[0012] 圖1是本發(fā)明的一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2是本發(fā)明的一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線諧振頻率f隨z2的變化曲 線。
[0014] 圖3是本發(fā)明的一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線S11仿真結(jié)果圖。
[0015] 圖4是本發(fā)明的一種環(huán)形半模基片集成波導(dǎo)背射天線的E面輻射方向圖。
[0016] 圖5是本發(fā)明的一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線的Η面輻射方向圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0017] 為了更加詳細(xì)的闡述本發(fā)明的實(shí)施方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明提供的一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線，包括介質(zhì)板
[1]、上層金屬面[2]和下層金屬面[6]。所述介質(zhì)板[1]側(cè)壁上設(shè)有呈半圓形排列的金屬 化通孔[3]，這些等間隔排列的金屬化通孔[3]與介質(zhì)板[1]的窄邊側(cè)壁[9] 一起構(gòu)成了半 ?；刹▽?dǎo)腔體；所述上層金屬面[2]的微帶線饋電方式采用嵌入式饋電[5]，此種饋 電方式可以方便地調(diào)節(jié)天線的輸入阻抗；所述下層金屬面[6]蝕刻有半圓形輻射區(qū)域[7] 以及一點(diǎn)短路結(jié)構(gòu)[8]。
[0019] 上述實(shí)施方式中，短路結(jié)構(gòu)[8]關(guān)于過(guò)半圓形基片集成波導(dǎo)圓心點(diǎn)的直線ΑΑ'對(duì) 稱，寬0. 8_，長(zhǎng)1. 5_，可以調(diào)節(jié)天線的阻抗匹配及諧振頻率，使天線在某個(gè)頻率上實(shí)現(xiàn)小 型化、高增益性能。
[0020] 天線采用的介質(zhì)板材為Rogers5880,其相對(duì)介電常數(shù)為2. 2,厚0. 5mm，損耗正切 角為0. 0009,介質(zhì)板的尺寸為37X14 (mm2)。半圓形基片集成波導(dǎo)腔體的半徑rl取12. 5_， 構(gòu)成基片集成波導(dǎo)腔體的金屬化通孔[3]直徑d為1_，相鄰?fù)字行拈g距s為1. 3_。天 線的具體參數(shù)如下表所示，單位為mm:
[0021]
[0022] 本發(fā)明天線工作在24. 9GHz，經(jīng)仿真軟件HFSS仿真優(yōu)化得到的結(jié)果如圖2-5所 示。圖2給出了本發(fā)明天線的諧振頻率f與短路結(jié)構(gòu)[8]的長(zhǎng)度zl的關(guān)系曲線。根據(jù)圖 2可以看出，短路結(jié)構(gòu)[8]的長(zhǎng)度決定著天線的諧振頻率，并且隨著短路結(jié)構(gòu)[8]長(zhǎng)度的增 加，諧振頻率相應(yīng)減小。
[0023]圖3表示該環(huán)形半模基片集成波導(dǎo)背射天線的S11參數(shù)，結(jié)果表明天線在諧振頻 率24. 9GHz處，回波損耗為-31. 6dB，-10dB帶寬為24. 61GHz-25. 31GHz。圖4表示該環(huán)形 半?；刹▽?dǎo)背射天線的E面方向圖，圖5表示該環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線的 Η面方向圖，該天線的最大增益達(dá)到了 7. 8dBi。本發(fā)明天線雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積緊湊，但是 天線的性能卻在傳統(tǒng)波導(dǎo)天線及其他基片集成波導(dǎo)天線之上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線，該天線包括介質(zhì)板[1]、上層金屬面[2]和下 層金屬面[6]。所述介質(zhì)板[1]側(cè)壁上設(shè)有呈半圓形排列的金屬化通孔[3]，這些等間隔排 列的金屬化通孔[3]與介質(zhì)板[1]的左側(cè)壁[9] 一起構(gòu)成了半?；刹▽?dǎo)腔體；所述 上層金屬面[2]的微帶線饋電方式采用嵌入式饋電[5]，此種饋電方式可以方便地調(diào)節(jié)天 線的輸入阻抗；所述下層金屬面[6]蝕刻有半圓形輻射區(qū)域[7]以及一點(diǎn)短路結(jié)構(gòu)[8]，天 線的諧振頻率和輸入阻抗隨短路結(jié)構(gòu)[8]的長(zhǎng)度變化而變化。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線，其特征在于：半圓形 基片集成波導(dǎo)腔體以點(diǎn)[10]為圓心的半徑rl大于二分之一個(gè)波長(zhǎng)且小于一個(gè)波長(zhǎng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線，其特征在于：金屬化 通孔[3]的直徑d小于十分之一波長(zhǎng)，相鄰金屬化通孔[3]的中心間距s小于兩倍的直徑 長(zhǎng)度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線，其特征在于：下層金 屬面[6]的半圓形輻射區(qū)域[7]與半圓形基片集成波導(dǎo)腔體同圓心，其半徑r2小于等于五 分之一波長(zhǎng)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線，其特征在于：下層金 屬面[6]上的短路結(jié)構(gòu)[8]呈矩形，并關(guān)于直線AA'對(duì)稱，且該直線AA'過(guò)半圓形基片集成 波導(dǎo)的圓心點(diǎn)[10]。6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5所述的一種環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線，其特征在 于：介質(zhì)板[1]厚〇. 5mm，相對(duì)介電常數(shù)為2. 2,板材為Rogers5880。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種小型化環(huán)形半?；刹▽?dǎo)背射天線，該天線包括介質(zhì)板、上層金屬面和下層金屬面。所述介質(zhì)板側(cè)壁上設(shè)有呈半圓形排列的金屬化通孔，這些等間隔排列的金屬化通孔與介質(zhì)板的左窄邊側(cè)壁一起構(gòu)成了半?；刹▽?dǎo)腔體；所述上層金屬面的微帶線饋電方式采用嵌入式饋電，此種饋電方式可以方便地調(diào)節(jié)天線的輸入阻抗；所述下層金屬面蝕刻有半圓形輻射區(qū)域以及一點(diǎn)短路結(jié)構(gòu)，天線的諧振頻率和輸入阻抗隨短路結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度變化而變化。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，增益高，制作方便，可廣泛應(yīng)用于平面電路中。
【IPC分類(lèi)】H01Q1/50, H01Q1/38
【公開(kāi)號(hào)】CN105281023
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410319590
【發(fā)明人】張寧, 于峰崎, 鐘催林
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
【公開(kāi)日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2014年6月30日