CN104466418A - 半模磁可调基片集成波导天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半模磁可调基片集成波导天线，包括微波介质板、铁氧体条、馈电高频电连接器SMA接头，所述微波介质板上下两面覆铜，在微波介质板上沿一长边两宽边分别设有一排金属通孔，在紧靠长边金属通孔内侧的位置，设一矩形槽，所述铁氧体条填入矩形槽内，所述矩形槽上覆有锡箔；在微波介质板上设一通孔，以通孔为中心，腐蚀半径为R的圆内的铜，所述馈电高频电连接器SMA接头插入通孔中并与腐蚀铜的圆边缘焊接连接。本发明相比传统电调节方式，无需大量的外加电路，天线易调节、易移动；基于半模基片集成波导技术，相比一般谐振缝隙天线剖面低、易于集成且体积尺寸小。

Description

半模磁可调基片集成波导天线

技术领域

本发明涉及一种波导天线，尤其涉及一种半模磁可调基片集成波导天线，属于天馈系统技术领域。

背景技术

天线在无线通信系统中有着十分重要的作用，现代通信中设计天线的基本出发点在于避免天线间的串扰，降低系统整体的成本、体积和重量，其次才是尽量追求天线性能的最优。基于这样的背景，频率可调天线以及低剖面天线成为了天馈系统的研究重点。目前，主流的频率可调天线通过电调节方式实现，其原理是通过外加电压改变天线上电子器件的参数实现可调。这种接触式调节方式需要额外的电路将外加电压源接入天线，对天线加工制作、天线系统的集成性以及可移动性都有着相当大的限制。

在低剖面天线中，为了使低剖面天线具有高Q值和高功率容量，同时兼顾易于和其它电路集成，一种类似波导结构的基片集成波导近年来备受国内外业界的关注，并在天线等器件中得到了应用。但是，此种形式的波导结构尺寸仍可能对天馈系统体积产生负担。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半模磁可调基片集成波导天线，将铁氧体材料填入半模基片集成波导中，通过改变外加磁场，调节半模基片集成波导的谐振频点，实现易调谐且易集成的天线系统，这样可以较大程度的降低天馈系统的成本、体积和重量，并且可以较好的避免天线间的串扰。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种半模磁可调基片集成波导天线，包括微波介质板1、铁氧体条2、馈电高频电连接器SMA接头3，所述微波介质板1上下两面覆铜，在微波介质板1上沿一长边两宽边分别设有一排金属通孔5，在紧靠长边金属通孔内侧的位置，设一矩形槽4，所述铁氧体条2填入矩形槽4内，所述矩形槽4上覆有锡箔；在微波介质板1上设一通孔6，以通孔6为中心，腐蚀半径为R的圆内的敷铜，所述馈电高频电连接器SMA接头3插入通孔6中并与腐蚀铜的圆边缘焊接连接。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述半模磁可调基片集成波导天线，其中微波介质板1的长度为λ/2，宽度为λ/4，λ为天线工作频率对应的波导模式的波长。

前述半模磁可调基片集成波导天线，其中铁氧体条2的长度略小于微波介质板1的长度，铁氧体条2的宽度小于λ/10，λ为天线工作频率对应的波导模式的波长。

前述半模磁可调基片集成波导天线，其中通孔6中心的位置(x₀,y₀)由下式确定，

$\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_0}{{\mathrm{\μ}}_0}}\tan \left(\frac{2\mathrm{\π}{x}_0}{\mathrm{\λ}}\right)\tan \left(\frac{2\mathrm{\π}{y}_0}{\mathrm{\λ}}\right)=50$

其中，(x₀,y₀)为以微波介质板1的长宽交点为圆心，长边为x轴、宽为y轴的坐标，ε₀为真空介电常数，ε_r为介质板相对介电常数，μ₀为真空磁导率，λ为波导模式的工作波长；所述通孔6的半径为SMA接头探针半径r。

前述半模磁可调基片集成波导天线，其中腐蚀铜的圆半径R由端口阻抗50欧姆计算得出，计算等式为

$\left(\frac{60}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}\right)\log (R/r)=50$

其中，ε_r为介质板相对介电常数，R为腐蚀铜的圆半径，r为探针半径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.使用磁调节这种非接触调节方式，相比传统电调节方式，无需大量的外加电路，天线易调节、易移动；2.基于半模基片集成波导技术，相比一般谐振缝隙天线剖面低、易于集成且体积尺寸小。

附图说明

图1是本发明的天线结构图，A为微波介质板正面，B为微波介质板反面；

图2为天线回波损耗S11随外加磁场的变化曲线；

图3为天线在2.4G时E面与H面的方向图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，半模磁可调基片集成波导天线，包括微波介质板1、铁氧体条2、馈电高频电连接器SMA接头3，微波介质板1长宽使用电磁仿真软件在长为λ/2、宽为λ/4附近优化得出；在微波介质板1三个切面分别打一排金属通孔5，金属通孔5中心之间的间距应小于2倍的孔半径，且孔半径应小于0.2倍的工作波长；将微波介质板一长边两宽边分别打一排金属通孔5，实现半模基片集成波导，其未打金属通孔的一侧自然的成为了电磁波辐射缝隙。

根据铁氧体条2的尺寸，在紧靠长边的金属通孔5处挖矩形槽4填入铁氧体条2，并用锡箔纸补齐因挖槽挖掉的介质板表面所覆的铜，完成铁氧体条填充的半模基片集成波导结构。

由端口阻抗50欧姆，计算天线的馈电位置，具体方案是先由如下等式解出馈电点的位置(x₀,y₀)，

$\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_0}{{\mathrm{\μ}}_0}}\tan \left(\frac{2\mathrm{\π}{x}_0}{\mathrm{\λ}}\right)\tan \left(\frac{2\mathrm{\π}{y}_0}{\mathrm{\λ}}\right)=50$

其中，(x₀,y₀)为以微波介质板1的长宽交点为圆心，长边为x轴、宽为y轴的坐标，ε₀为真空介电常数，ε_r为介质板相对介电常数，μ₀为真空磁导率，λ为波导模式的工作波长；再由全波电磁仿真软件在其附近优化得到馈电点的最优位置，以SMA接口探针半径r为半径，在介质板上打通孔6，以备SMA探针插入。计算在介质板上，50欧姆端口对应的同轴外径，内径由SMA接口探针决定，同轴外径计算公式如下：

$\left(\frac{60}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}\right)\log (R/r)=50$

其中，ε_r为介质板相对介电常数，r为探针半径，R为50欧姆同轴外径大小，并以最优馈电点为中心，R为半径腐蚀下表面微波板上的覆铜呈圆形；将SMA接口探针从下表面插入通孔，接口与腐蚀铜7的圆边缘焊接。

如图2为天线回波损耗S11随外加磁场的变化曲线；图3为天线在2.4G时E面与H面的方向图。本发明使用磁调节这种非接触调节方式，相比传统电调节方式，无需大量的外加电路，天线易调节、易移动；基于半模基片集成波导技术，相比一般谐振缝隙天线剖面低、易于集成且体积尺寸小。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种半模磁可调基片集成波导天线，包括微波介质板(1)、铁氧体条(2)、馈电高频电连接器SMA接头(3)，所述微波介质板(1)上下两面覆铜，在微波介质板(1)上沿一长边两宽边分别设有一排金属通孔(5)，在紧靠长边金属通孔内侧的位置，设一矩形槽(4)，所述铁氧体条(2)填入矩形槽(4)内，所述矩形槽(4)上覆有锡箔；在微波介质板(1)上设一通孔(6)，以通孔(6)为中心，腐蚀半径为R的圆内的敷铜，所述馈电高频电连接器SMA接头(3)插入通孔(6)中并与腐蚀铜的圆边缘焊接连接。

2.如权利要求1所述的半模磁可调基片集成波导天线，其特征在于，所述微波介质板(1)的长度为λ/2，宽度为λ/4，λ为天线工作频率对应的波导模式的波长。

3.如权利要求1所述的半模磁可调基片集成波导天线，其特征在于，所述铁氧体条(2)的长度略小于微波介质板(1)的长度，铁氧体条(2)的宽度小于λ/10，λ为天线工作频率对应的波导模式的波长。

4.如权利要求1所述的半模磁可调基片集成波导天线，其特征在于，所述通孔(6)中心的位置(x₀,y₀)由下式确定，

$\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_0}{{\mathrm{\μ}}_0}}\tan \left(\frac{{2\mathrm{\πx}}_0}{\mathrm{\λ}}\right)\tan \left(\frac{{2\mathrm{\πy}}_0}{\mathrm{\λ}}\right)=50$

其中，(x₀,y₀)为以微波介质板(1)的长宽交点为圆心，长边为x轴、宽为y轴的坐标，ε₀为真空介电常数，ε_r为介质板相对介电常数，μ₀为真空磁导率，λ为波导模式的工作波长；所述通孔(6)的半径为SMA接头探针半径r。

5.如权利要求1所述的半模磁可调基片集成波导天线，其特征在于，所述腐蚀铜的圆半径R由端口阻抗50欧姆计算得出，计算等式为

$\left(\frac{60}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}\right)\log (R/r)=50$

其中，ε_r为介质板相对介电常数，R为腐蚀铜的圆半径，r为探针半径。