CN102694265A - 一种微带勺型馈电缝隙表面波激励天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微带勺型馈电缝隙表面波激励天线，其特点是该表面波激励天线含有馈电单元和辐射单元，其特征在于该表面波激励天线分为三层，上，下层为金属层(1)和(3)，中间是介质层(2)，上金属层(1)为天线的微带馈电结构，微带馈电单元由50Ω第一微带线(4)通过指数渐变微带结构(5)与勺型微带(6)连接组成，激励信号由50Ω第一微带线(4)开始，通过指数渐变微带结构(5)实现阻抗匹配，勺型微带(6)对后金属层的辐射单元(7)馈电，其中，辐射单元(7)是在接地金属层(3)中开设有三条八木缝隙，实现定向辐射。

Description

一种微带勺型馈电缝隙表面波激励天线

技术领域

本发明涉及一种微带勺型馈电缝隙表面波激励天线，属于无线电设备中的天线领域。

背景技术

目前，微波技术正向毫米波波段迅速发展，世界各国都在积极研制毫米波元器件和系统。在这样高的频段，不论是金属波导管还是传统的标准微带线，都会因为尺寸太小导致加工精度难以保证，而使损耗增加到难以使用的程度。所以毫米波段的电子系统面临着的一个重要问题就是如何对其中的器件进行有效的信号传输。表面波传输系统因为在高频段具有良好的传输特性且损耗较小，因此在毫米波段得到广泛应用。常用的结构有介质波导、线波导和介质线等。其中介质波导因为技术可靠，可集成化，是毫米波段使用最广泛的表面波传输线。

表面波除了可以作为传输线使用外，还可以用于毫米波段的空间功率合成。空间功率合成技术目前是毫米波、亚毫米波技术领域中及其活跃的研究课题之一，其基本结构为：天线和放大器阵列被安装在介质基板的上面，沿基板表面传输的表面波经输入端进入，首先被天线接收，然后经放大器放大后再由天线发送到输出端，整个传输过程都没有经由传输线而是采用空间耦合的方式与有源器件直接相连。这种方式可以在毫米波、亚毫米波等波长很短的频率上实现多器件的功率合成。由于所有单元器件并行工作，系统损耗只取决于传输模式与有源器件的耦合性能，与单元器件个数无关，有效的解决了电路合成效率随单元个数增加而下降的问题，所以采用该方式可以获得很高的输出功率。

在上述应用中，如何有效激励起表面波是一个关键问题。其基本思路是采用某种方式的源激励起表面波，横电模(TE)或者横磁模(TM)模。进而在实际电路设计中考虑表面波定向传输的要求，以提高表面波的传输功率。因为现代微波集成电路多是平面结构，因此与之相兼容的平面结构表面波激励天线越来越受到欢迎。目前激励天线的研究方向也多集中在平面介质基板上。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种微带勺型馈电缝隙表面波激励天线，其特点是以接地普通介质基板中表面波传播的基本理论为基础设计出表面波激励天线，可以在18GHz附近激励起表面波，该激励天线采用微带线对缝隙进行馈电成功的激励起了TM模式的表面波，通过八木缝隙阵列使表面波实现定向传输。

对于一个合格的表面波激励天线，通常需要具备以下条件：

1、模式纯度(保证传输的是主TE或主TM模)；2、电磁波的传输要限制在介质基板内；3、输入端的回波损耗尽量小；4、定向传输特性好；5、工作频带足够宽。

尽管有多种天线形式可以考虑用来实现表面波激励天线，但缝隙天线无疑是最合适的。因为接地介质基板的主模为TM0模，接地面上半波长缝隙的电场刚好可以匹配TM0模的电场，只要采用微带线对缝隙进行馈电就能激励起这种模式，通过八木缝隙阵列就可以实现场的定向传输。

微带勺型馈电缝隙表面波激励天线分为三层，上，下层为金属层，中间是介质层，上金属层为天线的微带馈电结构，微带馈电单元由50Ω第一微带线通过指数渐变微带结构与勺型微带连接组成，激励信号由50Ω第一微带线开始，通过指数渐变微带结构实现阻抗匹配，勺型微带对后金属层的辐射单元馈电，其中，辐射单元是在接地金属层中开设有三条八木缝隙，实现定向辐射。

介质层为聚四氟乙烯，介质层用来传输表面波。

性能测试：

经过数值计算和天线测试，本发明表面波激励天线的工作频段从17.4GHz到18.6GHz，相对带宽为6.7％，中心频率18GHz的回波损耗在-20dB以下。天线前向和后向的场强比达到10∶1，具有明显的定向传输的特性。

本发明具有如下优点：

1、微带勺型馈电缝隙表面波激励天线，结构小巧，重量轻，减轻了加工天线的时间和成本。

2、采用八木缝隙结构，表面波定向传输特性好，前后比大，可以实现通信中的单向传输。

3、采用微带线渐变阻抗变换，天线结构更加流畅紧凑，并简化了天线的设计、制作和调试。

附图说明

图1天线结构剖视图

图2天线结构正视图

图3天线结构后视图

1.上金属表层，2.介质层，3.接地金属表层，4.50Ω的第一微带线5.指数渐变微带线，6.勺型馈电结构，7.天线辐射单元

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制。该领域的基数熟练人员可以根据上述发明内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例：

表面波激励天线的整体结构如图1～3所示，该天线由馈电单元和辐射单元组成。

微带勺型馈电缝隙表面波激励天线分为三层，上，下层为金属层1和3，中间是介质层2，上金属层1是天线的微带馈电结构，微带馈电单元由50Ω第一微带线4通过指数渐变微带结构5与勺型微带6连接组成，信号激励并由50Ω第一微带线4开始，通过指数渐变微带结构5实现阻抗匹配，勺型微带6对后金属层的辐射单元7馈电，其中，辐射单元7是在接地金属层3中开设三条八木缝隙，实现定向辐射。

介质层2为微波段损耗比较小的聚四氟乙烯材料，相对介电常数为2.65。

Claims (2)

1.一种微带勺型馈电缝隙表面波激励天线，含有馈电单元和辐射单元，其特征在于该表面波激励天线分为三层，上，下层为金属层(1)和(3)，中间是介质层(2)，上金属层(1)为天线的微带馈电单元，微带馈电单元由50Ω第一微带线(4)通过指数渐变微带结构(5)与勺型微带(6)连接组成，激励信号由50Ω第一微带线(4)开始，通过指数渐变微带结构(5)实现阻抗匹配，勺型微带(6)对后金属层的辐射单元(7)馈电，其中，辐射单元(7)是在接地金属层(3)中开设有三条八木缝隙，实现定向辐射。

2.如权利要求1所述微带勺型馈电缝隙表面波激励天线，其特征在于介质层(2)为聚四氟乙烯材料。

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