CN101533960B - 毫米波四极化频率扫描天线 - Google Patents
毫米波四极化频率扫描天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101533960B CN101533960B CN200910030788XA CN200910030788A CN101533960B CN 101533960 B CN101533960 B CN 101533960B CN 200910030788X A CN200910030788X A CN 200910030788XA CN 200910030788 A CN200910030788 A CN 200910030788A CN 101533960 B CN101533960 B CN 101533960B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wave
- antenna
- integrated waveguide
- leaky
- chip integrated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 25
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 32
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 26
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 230000008485 antagonism Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006880 cross-coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
毫米波四极化频率扫描天线涉及一种可应用于毫米波无线通信系统和雷达探测等领域的多极化频率扫描天线，该天线的上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)分别位于介质基片(3)的正反两侧，金属化通孔(4)穿过介质基片(3)与上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)相连接形成基片集成波导90°定向耦合器(5)、基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线(6)、第一缝隙槽(61)、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线(7)、第二缝隙槽(71)；其工作在毫米波波段。整个天线采用基片集成波导进行设计，能直接与射频电路相集成，具有损耗低，成本低，容易大批量生产等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种可应用于毫米波无线通信系统和雷达探测等领域的多极化频率扫描天线，属于毫米波天线设计和制造的技术领域。
背景技术
在各种无线通信和雷达系统中，信息的发射与接受均依赖于天线。随着现代大容量、多功能、超宽带综合信息系统的迅猛发展，同一平台上搭载的信息子系统数量大大增加，所需要的天线数目也相应地增多。这与要求降低综合信息系统整体成本、减轻重量、减小平台雷达散射截面、实现良好电磁兼容特性等的发展趋势相矛盾。多极化天线即可以有效地解决这一矛盾，其可以根据实际应用的需求动态地改变其工作的极化方式，从而提供极化分集以对抗多径衰落和增加信道容量。
另一方面，频率扫描天线是一种实现多波束扫描的有效方法。其能生成若干个高增益的波束来覆盖一定的角度空间，同时避免使用复杂的波束成型网络。漏波天线是一类重要的频率扫描天线。同时，要实现多极化的扫描天线，对圆极化波束的扫描必不可少。而对圆极化波束进行扫描非常困难，主要在于无法在较宽的扫描范围内保证优良的轴比特性。我们发现，频率扫描技术可以很好的解决这一问题。
如果我们把上述两种技术结合起来，形成既具有多个极化方式又具有波束扫描功能的天线阵列，能显著地改善信噪比、降低误码率、扩大信道容量和节省发射功率。这一系列的改进对于毫米波通信系统来说尤为重要。为了实现平面化的集成电路结构，同时使其具有低损耗、低互耦、高Q值的特性，我们选用基片集成波导来设计整个电路。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提出一种毫米波四极化频率扫描天线，使其工作在毫米波波段。整个天线采用基片集成波导进行设计，能直接与射频电路相集成，具有损耗低，成本低，容易大批量生产等特点。
技术方案：本发明的毫米波四极化频率扫描天线包括上层金属敷铜面、下层金属敷铜面、介质基片、金属化通孔、基片集成波导90°定向耦合器、基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线；本发明中的毫米波四极化频率扫描天线为一平面电路结构，上层金属敷铜面、下层金属敷铜面分别位于介质基片的正反两侧，金属化通孔穿过介质基片与上层金属敷铜面、下层金属敷铜面相连接形成基片集成波导90°定向耦合器、第一基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线、第一缝隙槽、第二基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线、第二缝隙槽；基片集成波导90°定向耦合器的第一个输入口接毫米波四极化频率扫描天线的第一输入端口、基片集成波导90°定向耦合器的第二个输入口接毫米波四极化频率扫描天线的第二输入端口，基片集成波导16槽45°漏波天线的一端与毫米波四极化频率扫描天线的第三输入端口相连，另一端与基片集成波导90°定向耦合器的第一个输出口相连，基片集成波导16槽-45°漏波天线的一端与毫米波四极化频率扫描天线的第四输入端口相连，另一端与基片集成波导90°定向耦合器的第二个输出口相连。
上层金属覆铜面上的基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线的中心线上开有16根与中心线夹角为45°的第一缝隙槽；基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线中心线上开有16根与中心线夹角为-45°的第二缝隙槽。
从第一输入端口馈电，通过基片集成波导90°定向耦合器，将提供两路幅度相等、相位差为90°的输入信号同时对16槽45°缝隙阵漏波天线和16槽-45°缝隙阵漏波天线馈电，激励出极化方式为左旋圆极化的波束，其随工作频率的变化，波束指向不同；从第二输入端口馈电，通过基片集成波导90°定向耦合器，将提供两路幅度相等、相位差为-90°的输入信号同时对16槽45°缝隙阵漏波天线和16槽-45°缝隙阵漏波天线馈电，激励出极化方式为右旋圆极化的波束，其随工作频率的变化，波束指向不同；从第三输入端口馈电，只对16槽45°缝隙阵漏波天线馈电，激励出极化方式为45°的线极化波束，且随工作频率的变化，波束指向不同；从第四输入端口馈电，只对16槽-45°缝隙阵漏波天线馈电，激励出极化方式为-45°的线极化波束，且随工作频率的变化，波束指向不同。
根据漏波天线的特点，其波束的指向随频率的变化而改变，故改变频率可以产生连续的波束从而进行扫描，随工作频率的增加，扫描波束的指向朝漏波传播的方向移动；本发明中的漏波天线将从两侧馈电，故缝隙阵漏波天线需设计为对称结构，从漏波天线的两端分别进行激励时，其波束的指向关于法向轴对称，故左旋圆极化、右旋圆极化的扫描范围和-45°线极化、45°线极化的的扫描范围分别处于法向轴的两侧。
有益效果：本发明具有以下优点：
1：)能产生四个不同的极化方式，并且具有较好的极化隔离度。
2：)随频率的变化，波束的指向变化，实现较宽角度范围的扫描。
3：)圆极化波束在扫描范围内能保持较好的轴比。
4：)结构平面化、集成化。
5：)工作于毫米波频段时，损耗低、互耦小。
6：)其为印刷无源电路，与有源电路相比，可靠性和稳定性高、制作成本低、功率容量大。
附图说明
图1是毫米波四极化频率扫描天线结构示意图。
以上的图中有：上层金属敷铜面1、下层金属敷铜面2、介质基片3、金属化通孔4、基片集成波导90°定向耦合器5、基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线6、第一缝隙61、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7、第二缝隙71、第一输入端口81、第二输入端口82、第三输入端口83、第四输入端口84。
具体实施方式
本发明中的毫米波四极化频率扫描天线包括上层金属敷铜面1、下层金属敷铜面2、介质基片3、金属化通孔4、基片集成波导90°定向耦合器5、基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线6、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7、输入端口81、输入端口82、输入端口83、输入端口84；上层金属敷铜面1、下层金属敷铜面2分别位于介质基片3的正反两侧，金属化通孔4穿过介质基片3与上层金属敷铜面1、下层金属敷铜面2相连接形成基片集成波导90°定向耦合器5、基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线6、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7；基片集成波导90°定向耦合器5的第一输入口接输入端口81、基片集成波导90°定向耦合器5的第二输入口接输入端口82；基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线6和基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7需设计为对称结构以便于从两侧馈电，在本发明中选用均匀分布的口径分布，基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线6的上层金属覆铜面1中心线上开有16根等间距与中心线夹角为45°的第一缝隙槽61，其一端与基片集成波导90°定向耦合器5的第一个端出口相连，另一端与输入端口83相连，基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7的上层金属覆铜面1中心线上开有16根等间距且与中心线夹角为-45°的第二缝隙槽，其一端与基片集成波导90°定向耦合器5的第二个端出口相连，另一端与输入端口84相连。
当从输入端口81馈电时，通过基片集成波导90°定向耦合器5，提供两路幅度相等、相位差为90°的输入信号，同时对基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线6、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7馈电，激励出极化方式为左旋圆极化的波束，波束指向随工作频率的变化在xoz平面内第二象限(x＜0，z＞0)内扫描；当从输入端口82馈电时，通过基片集成波导90°定向耦合器5，提供两路幅度相等、相位差为-90°的输入信号，同时对基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线6、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7馈电，激励出极化方式为右旋圆极化的波束，波束指向随工作频率的变化在xoz平面内第二象限(x＜0，z＞0)内扫描；当从输入端口83馈电时，只对基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线6馈电，激励出极化方式为45°的线极化波束，波束指向随工作频率的变化在xoz平面内第一象限(x＞0，z＞0)内扫描；当从输入端口84馈电时，只对基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7馈电，激励出极化方式为-45°的线极化波束，波束指向随工作频率的变化在xoz平面内第一象限(x＞0，z＞0)内扫描；从输入端口81、输入端口82、输入端口83、输入端口84馈电，随工作频率的增加，波束的指向均朝漏波传播的方向移动。
在中心频率36GHz处实现四极化频率扫描天线。基片选用Rogers Duroid5880，其介质常数为2.2，厚度1.5748mm。
实例的测试结果如下：
从输入端口81激励，其产生左旋圆极化的波束。当工作频率从33GHz变到39GHz时，其测得的增益分别为11.52dBi，12.13dBi，12.88dBi，13.31dBi，13.55dBi，13.5dBi，和11.2dBi；波束指向分别为-46°，-42°，-37°，-30°，-24°，-18°，和-14°；其半功率波瓣宽度可以覆盖从-49°到-11°的角度范围；其波束指向处的轴比分别为4.2，2.71，1.76，1.51，1.66，1.93，和2.32。
从输入端口82激励，其产生右旋圆极化的波束，测试结果与从输入端口81激励类似。
从输入端口83激励，其产生45°线极化的波束。当工作频率从33GHz变到39GHz时，其测得的增益分别为2.92dBi，13.53dBi，14.01dBi，14.78dBi，14.85dBi，14.8dBi，和12.5dBi；波束指向分别为46°，42°，37°，30°，24°，18°，和14°；其半功率波瓣宽度可以覆盖从48.5°到11.5°的角度范围；其交叉电平分别为-18.92dBi，-18.53dBi，-19.01dBi，-19.78dBi，-18.85dBi，-18.8dBi，和-17.5dBi。
从输入端口84激励，其产生-45°线极化的波束，测试结果从输入端口83激励类似。
Claims (1)
1.一种毫米波四极化频率扫描天线，其特征在于：所述毫米波四极化频率扫描天线包括：上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)、介质基片(3)、金属化通孔(4)、基片集成波导90°定向耦合器(5)、第一基片集成波导缝隙阵漏波天线(6)、第二基片集成波导缝隙阵漏波天线(7)；其中：
上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)分别位于介质基片(3)的正反两侧；金属化通孔(4)穿过介质基片(3)与上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)相连接形成基片集成波导90°定向耦合器(5)、第一基片集成波导缝隙阵漏波天线(6)、第二基片集成波导缝隙阵漏波天线(7)、；基片集成波导90°定向耦合器(5)的第一个输入口接所述毫米波四极化频率扫描天线的第一输入端口(81)、基片集成波导90°定向耦合器(5)的第二个输入口接所述毫米波四极化频率扫描天线的第二输入端口(82)；第一基片集成波导缝隙阵漏波天线(6)的一端与基片集成波导90°定向耦合器(5)的第一个输出口相连，另一端与所述毫米波四极化频率扫描天线的第三输入端口(83)相连；第二基片集成波导缝隙阵漏波天线(7)的一端与基片集成波导90°定向耦合器(5)的第二个输出口相连，另一端与所述毫米波四极化频率扫描天线的第四输入端口(84)相连；上层金属覆铜面(1)上的第一基片集成波导缝隙阵漏波天线(6)的中心线上开有16根与中心线夹角为45°的第一缝隙槽(61)；上层金属覆铜面(1)上的第二基片集成波导缝隙阵漏波天线(7)的中心线上开有16根与中心线夹角为-45°的第二缝隙槽(71)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910030788XA CN101533960B (zh) | 2009-04-15 | 2009-04-15 | 毫米波四极化频率扫描天线 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910030788XA CN101533960B (zh) | 2009-04-15 | 2009-04-15 | 毫米波四极化频率扫描天线 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101533960A CN101533960A (zh) | 2009-09-16 |
| CN101533960B true CN101533960B (zh) | 2012-07-25 |
Family
ID=41104419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200910030788XA Expired - Fee Related CN101533960B (zh) | 2009-04-15 | 2009-04-15 | 毫米波四极化频率扫描天线 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101533960B (zh) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101338787B1 (ko) * | 2012-02-09 | 2013-12-06 | 주식회사 에이스테크놀로지 | 레이더 배열 안테나 |
| CN103531919B (zh) | 2012-07-05 | 2016-08-10 | 中国电信股份有限公司 | 四极化天线和四极化多天线阵 |
| ES2746398T3 (es) | 2014-05-12 | 2020-03-06 | Huawei Tech Co Ltd | Antena y dispositivo inalámbrico |
| CN104934702A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-09-23 | 杭州电子科技大学 | 一种左右手复合传输线siw双圆极化天线 |
| CN105006656B (zh) * | 2015-07-24 | 2017-09-29 | 哈尔滨工业大学 | 基于液晶的电控扫描波导漏波天线 |
| CN105186141A (zh) * | 2015-09-24 | 2015-12-23 | 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 | 一种基于siw的平面漏波天线 |
| CN108232455A (zh) * | 2016-12-12 | 2018-06-29 | 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 | 一种基于射频开关电路的单辐射体方向图重构天线设计方法 |
| CN206432397U (zh) * | 2017-01-12 | 2017-08-22 | 深圳市景程信息科技有限公司 | 多波束背腔式高增益天线阵 |
| CN106898882A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-06-27 | 深圳市景程信息科技有限公司 | 适用于毫米波通信的多波束背腔式高增益天线阵 |
| CN109066064B (zh) * | 2018-07-19 | 2020-09-18 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种复合左右手波导缝隙阵单元及天线 |
| CN109950693B (zh) * | 2019-04-12 | 2023-10-27 | 云南大学 | 集成基片间隙波导圆极化缝隙行波阵列天线 |
| CN110233334B (zh) * | 2019-04-29 | 2020-11-13 | 电子科技大学 | 基于基片集成镜像介质波导的水平极化漏波天线 |
| CN110277629B (zh) * | 2019-06-30 | 2020-11-24 | RealMe重庆移动通信有限公司 | 可穿戴设备以及智能手表 |
| CN111029793A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-17 | 南京理工大学 | 一种高频率敏感度频扫天线 |
| CN111129716B (zh) * | 2020-01-15 | 2021-02-19 | 大连理工大学 | 一种5g移动终端天线系统及其应用 |
| CN111952729B (zh) * | 2020-08-10 | 2023-07-14 | 浙江大学 | 一种基于双层基片集成的漏波天线 |
| CN112563738B (zh) * | 2020-11-02 | 2022-02-11 | 中山大学 | 包含周期性漏波结构的圆极化天线及其制造方法 |
| CN112736480B (zh) * | 2020-12-23 | 2022-02-01 | 西华大学 | 基于射频开关的单辐射体方向图与极化重构装置及方法 |
| CN113437483A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-09-24 | 大连海事大学 | 一种水平极化/圆极化可重构船舶雷达天线 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1815800A (zh) * | 2006-01-26 | 2006-08-09 | 东南大学 | 微波毫米波基片集成波导滤波天线 |
| CN101242029A (zh) * | 2008-02-27 | 2008-08-13 | 东南大学 | 基片集成波导谐振式45度线极化天线 |
-
2009
- 2009-04-15 CN CN200910030788XA patent/CN101533960B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1815800A (zh) * | 2006-01-26 | 2006-08-09 | 东南大学 | 微波毫米波基片集成波导滤波天线 |
| CN101242029A (zh) * | 2008-02-27 | 2008-08-13 | 东南大学 | 基片集成波导谐振式45度线极化天线 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101533960A (zh) | 2009-09-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101533960B (zh) | 毫米波四极化频率扫描天线 | |
| CN110224219B (zh) | 一种圆极化基片集成腔天线 | |
| CN106848554A (zh) | 一种基于交指型紧耦合偶极子单元的超宽带宽角天线阵 | |
| CN101895010A (zh) | 一种共面波导馈电宽带印刷单极子天线 | |
| CN104852137A (zh) | 小型化频率可重构微带缝隙天线 | |
| CN201413867Y (zh) | 能产生四个不同极化方式的天线 | |
| CN112615148B (zh) | 基于新型混合馈电网络的超宽带圆极化超表面天线 | |
| Zhai et al. | Dual-band millimeter-wave interleaved antenna array exploiting low-cost PCB technology for high speed 5G communication | |
| CN108306087B (zh) | 一种双频传输线及其双频漏波天线 | |
| Sharma et al. | SIW fed MIMO DRA for future 5G applications | |
| CN114256614B (zh) | 一种应用于毫米波通信系统的超宽带平面天线阵列 | |
| CN101227028B (zh) | 基片集成波导的双频缝隙天线 | |
| CN111224236B (zh) | 一种宽带圆极化微带天线阵 | |
| CN105406186B (zh) | 具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线 | |
| Nigam et al. | SIW based dual fed cavity-backed self-diplexing slot antenna | |
| CN110911828A (zh) | 一种采用集成六端口功率分配器的宽带差分馈电双极化天线 | |
| CN201178135Y (zh) | 基片集成波导的双频缝隙天线 | |
| CN108448245B (zh) | 一种差分馈电双频平面天线 | |
| CN110265776A (zh) | 一种宽带双圆极化贴片天线 | |
| CN116315625A (zh) | 一种基于宽带90°巴伦的圆极化扫描栅格阵列 | |
| Chen et al. | A dual-polarized Xi-shaped artistic antenna for 5G millimeter wave communications | |
| CN113013639B (zh) | 一种宽带宽角扫描相控阵单元及阵列结构 | |
| CN109638443B (zh) | 一种具有对称波束的平板宽带圆极化天线 | |
| US8593361B2 (en) | Multi-sector radiating device with an omni-directional mode | |
| CN112688089A (zh) | 一种新型多模宽频带方向图分集微带天线 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120725 |