CN103474780A - 基片集成波导腔体缝隙天线 - Google Patents

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本发明公开了一种能够获得高阶的TE410模式场分布的基片集成波导腔体缝隙天线。该天线包括介质基板、上表面金属层、下表面金属层，在上表面金属层上刻蚀有T形共地共面波导输入端，在下表面金属层上刻蚀有三条互相平行的矩形辐射缝隙，分别为第一矩形辐射缝隙、第二矩形辐射缝隙、第三矩形辐射缝隙，所述T形共地共面波导输入端跨过第一矩形辐射缝隙、第二矩形辐射缝隙并且T形共地共面波导输入端的末端与第三矩形辐射缝隙之间的距离为1/4到3/4个TE410模式谐振波长，能够激励起中心工作频率附近基片集成波导矩形腔体内的TE410模式场分布，从而实现对三条互相平行的矩形辐射缝隙的同相馈电，并提高了天线工作带宽内的增益。适合在天线技术领域推广应用。

Description

基片集成波导腔体缝隙天线
技术领域
本发明涉及微波毫米波天线技术领域，具体涉及一种基片集成波导腔体缝隙天线。
背景技术
传统的金属波导腔体缝隙天线具有主瓣宽度窄、辐射效率高、增益高和波束指向固定等优点，广泛应用于微波毫米波雷达和通信系统之中。完整的金属波导腔体缝隙天线系统由多个金属波导组成，在其中一部分终端短路的波导壁上刻蚀缝隙形成辐射单元，另一部分波导作为馈电网络。但是传统的金属波导腔体缝隙天线也存在设计困难、体积大、重量重、成本高、加工和平面集成困难等问题。
基片集成波导的传播特性与矩形金属波导类似，利用基片集成波导技术构成的基片集成波导腔体缝隙天线，有着与传统金属波导腔体缝隙天线相似的性能。但是现有的基片集成波导腔体缝隙天线激励的谐振模式一般较低导致辐射缝隙较少，一般只有一个缝隙，无法实现对多个辐射缝隙的同相馈电，而高阶模式激励困难且易受干扰模式影响，因而获得高增益与理想方向图较为困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现对三个辐射缝隙同相馈电的基片集成波导腔体缝隙天线。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该基片集成波导腔体缝隙天线，包括介质基板以及设置在介质基板表面的上表面金属层、下表面金属层，所述介质基板上设置有贯穿于介质基板的金属化通孔阵列，所述金属化通孔阵列与上表面金属层、下表面金属层共同围成一个矩形基片集成波导腔体，在上表面金属层上刻蚀有T形共地共面波导输入端，在下表面金属层上沿矩形基片集成波导腔体的宽度方向刻蚀有三条互相平行的矩形辐射缝隙，分别为第一矩形辐射缝隙、第二矩形辐射缝隙、第三矩形辐射缝隙，所述T形共地共面波导输入端跨过第一矩形辐射缝隙、第二矩形辐射缝隙并且T形共地共面波导输入端的末端与第三矩形辐射缝隙之间的距离为1/4到3/4个TE410模式谐振波长。
进一步的是，所述T形共地共面波导输入端的末端与第三矩形辐射缝隙之间的距离为1/2个TE410模式谐振波长。
进一步的是，所述矩形基片集成波导腔体的高度为天线中心工作频率对应真空波长的四十分之一。
进一步的是，所述第一矩形辐射缝隙、第二矩形辐射缝隙、第三矩形辐射缝隙的缝隙宽度与缝隙长度均相同。
进一步的是，所述介质基板采用相对介电常数为2.2、厚度为0.762mm的Rogers 5880介质板。
本发明的有益效果：通过在上表面金属层上刻蚀T形共地共面波导输入端，在下表面金属层上沿矩形基片集成波导腔体的宽度方向刻蚀三条互相平行的矩形辐射缝隙，分别为第一矩形辐射缝隙、第二矩形辐射缝隙、第三矩形辐射缝隙，所述T形共地共面波导输入端跨过第一矩形辐射缝隙、第二矩形辐射缝隙并且T形共地共面波导输入端的末端与第三矩形辐射缝隙之间的距离为1/4到3/4个TE410模式谐振波长，利用T形共地共面波导输入端可以实现平面微带电路结构与基片集成波导矩形腔体结构的过渡和阻抗匹配，并激励起中心工作频率附近基片集成波导矩形腔体内TE410模式场分布，从而实现对三条互相平行的矩形辐射缝隙的同相馈电，所述第一矩形辐射缝隙、第二矩形辐射缝隙、第三矩形辐射缝隙的缝隙宽度与缝隙长度均相同，使得第一矩形辐射缝隙、第二矩形辐射缝隙、第三矩形辐射缝隙为具有相同中心工作频率的谐振式辐射缝隙，它们被中心工作频率附近基片集成波导矩形腔体内TE410模式场分布同相馈电，可以提高天线工作带宽内的增益，而且高阶的TE410谐振模式的Q值较高，从而天线效率较高、天线带宽较窄，另外该天线易组阵、易共形、易平面集成。
附图说明
图1是本发明基片集成波导腔体缝隙天线的结构示意图；
图2是本发明基片集成波导腔体缝隙天线的侧视图；
图3是本发明基片集成波导腔体缝隙天线的几何尺寸示意图；
图4为本发明基片集成波导腔体缝隙天线在10GHz处基片集成波导矩形腔体内TE410模式电场分布仿真图；
图5为本发明基片集成波导腔体缝隙天线的输入端反射系数测试结果；
图6为本发明基片集成波导腔体缝隙天线在10GHz处E面和H面辐射方向图测试结果，实线为E面，虚线为H面；
图中标记说明：介质基板1、上表面金属层2、下表面金属层3、金属化通孔阵列4、矩形基片集成波导腔体5、T形共地共面波导输入端6、第一矩形辐射缝隙7、第二矩形辐射缝隙8、第三矩形辐射缝隙9。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1、2所示，该基片集成波导腔体缝隙天线，包括介质基板1以及设置在介质基板1表面的上表面金属层2、下表面金属层3，所述介质基板1上设置有贯穿于介质基板1的金属化通孔阵列4，所述金属化通孔阵列4与上表面金属层2、下表面金属层3共同围成一个矩形基片集成波导腔体5，在上表面金属层2上刻蚀有T形共地共面波导输入端6，在下表面金属层3上沿矩形基片集成波导腔体5的宽度方向刻蚀有三条互相平行的矩形辐射缝隙，分别为第一矩形辐射缝隙7、第二矩形辐射缝隙8、第三矩形辐射缝隙9，所述T形共地共面波导输入端6跨过第一矩形辐射缝隙7、第二矩形辐射缝隙8并且T形共地共面波导输入端6的末端与第三矩形辐射缝隙9之间的距离为1/4到3/4个TE410模式谐振波长。通过在上表面金属层2上刻蚀T形共地共面波导输入端6，在下表面金属层3上沿矩形基片集成波导腔体5的宽度方向刻蚀三条互相平行的矩形辐射缝隙，分别为第一矩形辐射缝隙7、第二矩形辐射缝隙8、第三矩形辐射缝隙9，所述T形共地共面波导输入端6跨过第一矩形辐射缝隙7、第二矩形辐射缝隙8并且T形共地共面波导输入端6的末端与第三矩形辐射缝隙9之间的距离为1/4到3/4个TE410模式谐振波长，利用T形共地共面波导输入端6可以实现平面微带电路结构与基片集成波导矩形腔体5结构的过渡和阻抗匹配，并激励起中心工作频率附近基片集成波导矩形腔体5内TE410模式场分布，进而实现对三条互相平行的矩形辐射缝隙的同相馈电，而且高阶的TE410谐振模式的Q值较高从而天线效率较高、天线带宽较窄，另外该天线易组阵、易共形、易平面集成。
在上述实施方式中，为了能够更好的激励起中心工作频率附近基片集成波导矩形腔体内的TE410模式场分布，所述T形共地共面波导输入端6的末端与第三矩形辐射缝隙9之间的距离为1/2个TE410模式谐振波长。
所述矩形基片集成波导腔体5的高度为天线中心工作频率对应真空波长的四十分之一，可以有效抑制T形共地共面波导输入端6所具有的缝隙结构在相应频率处的上半空间辐射，同时也可以使天线具有小尺寸、低轮廓、轻重量、高增益、高辐射效率和高隔离度等特点。
另外，所述第一矩形辐射缝隙7、第二矩形辐射缝隙8、第三矩形辐射缝隙9的缝隙宽度与缝隙长度均相同，使得第一矩形辐射缝隙7、第二矩形辐射缝隙8、第三矩形辐射缝隙9为具有相同中心工作频率的谐振式辐射缝隙，它们被中心工作频率附近基片集成波导矩形腔体内TE410模式场分布同相馈电，可以提高天线工作带宽内的增益。
实施例
该实施例中天线工作在X波段，中心工作频率为10GHz，介质基板1采用相对介电常数为2.2，厚度Hc=0.762mm的Rogers 5880介质板。天线的尺寸如图3所示，具体参数如下所述：Lc=33.6mm，Wc=19.6mm，Lms=4.5mm，Wms=1.4mm，Lcpw1=27.55mm，Lcpw2=1.8mm，Gcpw=0.7mm，Ls=11.5mm，Ws=0.5mm，Os=2.8mm，Dv=1mm，Pv=1.5mm，Ov=1.2mm。
天线在中心工作频率10GHz处，基片集成波导矩形腔体内TE410模式电场分布仿真结果如图4所示，从图中可以看出此时第一矩形辐射缝隙7、第二矩形辐射缝隙8、第三矩形辐射缝隙9同相馈电；天线输入端反射系数测试结果如图5所示，-10dB相对带宽为1.49%，并且有效抑制了T形共地共面波导输入端6所具有的缝隙结构在相应频率处的上半空间辐射；天线在10GHz处，最大增益测试结果为9.2dBi，E面和H面辐射方向图测试结果如图6所示，其中E面和H面半功率主瓣宽度测试结果分别为47.5°和80°。

Claims (5)

1.基片集成波导腔体缝隙天线，包括介质基板（1）以及设置在介质基板（1）表面的上表面金属层（2）、下表面金属层（3），所述介质基板（1）上设置有贯穿于介质基板（1）的金属化通孔阵列（4），所述金属化通孔阵列（4）与上表面金属层（2）、下表面金属层（3）共同围成一个矩形基片集成波导腔体（5），其特征在于：在上表面金属层（2）上刻蚀有T形共地共面波导输入端（6），在下表面金属层（3）上沿矩形基片集成波导腔体（5）的宽度方向刻蚀有三条互相平行的矩形辐射缝隙，分别为第一矩形辐射缝隙（7）、第二矩形辐射缝隙（8）、第三矩形辐射缝隙（9），所述T形共地共面波导输入端（6）跨过第一矩形辐射缝隙（7）、第二矩形辐射缝隙（8）并且T形共地共面波导输入端（6）的末端与第三矩形辐射缝隙（9）之间的距离为1/4到3/4个TE410模式谐振波长。
2.如权利要求1所述的基片集成波导腔体缝隙天线，其特征在于：所述T形共地共面波导输入端（6）的末端与第三矩形辐射缝隙（9）之间的距离为1/2个TE410模式谐振波长。
3.如权利要求1或2所述的基片集成波导腔体缝隙天线，其特征在于：所述矩形基片集成波导腔体（5）的高度为天线中心工作频率对应真空波长的四十分之一。
4.如权利要求3所述的基片集成波导腔体缝隙天线，其特征在于：所述第一矩形辐射缝隙（7）、第二矩形辐射缝隙（8）、第三矩形辐射缝隙（9）的缝隙宽度与缝隙长度均相同。
5.如权利要求4所述的基片集成波导腔体缝隙天线，其特征在于：所述介质基板（1）采用相对介电常数为2.2、厚度为0.762mm的Rogers 5880介质板。
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