CN105206938B - 基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线 - Google Patents

Abstract

基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线，它涉及一种缝隙阵列天线，具体涉及一种基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线。本发明为了解决传统的波导缝隙天线难以在高频段使用的问题。本发明包括介质基板、正面T形微带线、背面T形微带线、正面梯形微带线、正面长条形微带线、背面梯形微带线、背面长条形微带线、两个正面第一Y形微带线、四个正面第二Y形微带线、两个背面第一Y形微带线、四个背面第二Y形微带线、两个正面第一矩形微带线、两个背面第一矩形微带线、八个正面子阵单元和八个背面子阵单元。本发明用于无线通信领域。

Description

基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线

技术领域

本发明涉及一种缝隙阵列天线，具体涉及一种基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线，属于无线通信领域。

背景技术

传统的波导缝隙天线阵列因其功率容量大、高增益等优点，一度成为研究的热点。然而，随着无线技术的研究发展，天线工作频率向着更高的频段发展，这对于尺寸敏感型的缝隙天线来说，传统机械加工将不能满足精度要求，大大局限了其在更高频段的应用。基片集成波导技术是近年来提出的一种新型波导结构，具有低剖面、小尺寸的特点，在此基础上，传统天线的平面化、小型化设计成为了可能。

发明内容

本发明为解决传统的波导缝隙天线难以在高频段使用的问题，进而提出基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线。

本发明为解决上述问题采取技术方案是：本发明包括介质基板、正面T形微带线、背面T形微带线、正面梯形微带线、正面长条形微带线、背面梯形微带线、背面长条形微带线、两个正面第一Y形微带线、四个正面第二Y形微带线、两个背面第一Y形微带线、四个背面第二Y形微带线、两个正面第一矩形微带线、两个背面第一矩形微带线、八个正面子阵单元和八个背面子阵单元；

八个正面子阵单元并排印刷在介质基板正面的上部，八个背面子阵单元并排印刷在介质基板背面的上部，四个正面第二Y形微带线并排印刷在介质基板正面的中部，四个背面第二Y形微带线并排印刷在介质基板背面的中部，两个正面第一Y形微带线并排印刷在介质基板正面的下部，两个背面第一Y形微带线并排印刷在介质基板背面的下部，正面T形微带线印刷在介质基板正面的下部，背面T形微带线印刷在介质基板背面的下部；

正面T形微带线的竖边通过正面梯形微带线与正面长条形微带线的上端连接，正面长条形微带线的下端与介质基板正面底边的中部连接，背面T形微带线的竖边通过背面梯形微带线与背面长条形微带线的上端连接，背面长条形微带线的下端与介质基板背面底边的中部连接；

每个正面第一Y形微带线的竖边的下端分别通过一个正面第一矩形微带线与正面T形微带线的横边相对应的一端连接，每个背面第一Y形微带线的竖边的下端分别通过一个背面第一矩形微带线与背面T形微带线的横边相对应的一端连接，每个正面第二Y形微带线的竖边与相对应的一个正面第一Y形微带线相对应一个斜边的上端连接，每个背面第二Y形微带线的竖边与相对应的一个背面第一Y形微带线相对应一个斜边的上端连接，每个正面子阵单元的下端分别与相对应的一个正面第二Y形微带线相对应一个斜边的上端连接，每个背面子阵单元的下端分别与相对应一个背面第二Y形微带线相对应一个斜边的上端连接；

每个正面子阵单元上设有八个正面缝隙，每个正面子阵单元的两侧和顶边均布设有多个第一金属化过孔，每个第一金属化过孔由上至下依次穿过正面子阵单元、介质基板、背面子阵单元，每个正面第二Y形微带线的边缘均布设有多个第二金属化过孔，每个正面第二Y形微带线的岔口处设有多个第二金属化过孔，所述多个第二金属化过孔组成V形结构，每个正面第二Y形微带线下端并排设有两个第三金属化过孔，每个第二金属化过孔和第三金属化过孔均由上至下依次穿过正面第二Y形微带线、介质基板、背面第二Y形微带线，每个正面第一Y形微带线的边缘均布设有多个第四金属化过孔，每个第四金属化过孔由上至下依次穿过正面第一Y形微带线、介质基板、背面第一Y形微带线，每个正面第一矩形微带线的两侧均布设有多个第五金属化过孔，每个第五金属化过孔由上至下依次穿过正面第一矩形微带线、介质基板、背面第一矩形微带线，正面T形微带线的边缘均布设有多个第六金属化过孔，正面T形微带线的横边的中部呈Y字形设有多个第六金属化过孔，每个第六金属化过孔由上至下依次穿过正面T形微带线、介质基板、背面T形微带线，位于介质基板正面右侧的正面第一Y形微带线上设有第七金属化过孔，第七金属化过孔由上至下依次穿过正面第一Y形微带线、介质基板、背面第一Y形微带线。

本发明的有益效果是：仿真结果表明，该缝隙天线阵列的工作频段覆盖17.18～17.65GHz，在整个工作频带内能够实现20dBi以上的增益和-20dB以下的副瓣电平。包括功分网络在内的天线整体尺寸仅为203×115×1.5mm³，实现了高增益、低副瓣、小型化的目标。该天线为印刷型结构，具有剖面低、重量轻、易于集成的特点，可以广泛应用于现代通信系统中。

附图说明

图1是本发明的正面结构示意图，图2是本发明的背面结构示意图，图3是高增益低副瓣缝隙天线阵列的|S₁₁|仿真结果示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线包括介质基板1、正面T形微带线2、背面T形微带线3、正面梯形微带线10、正面长条形微带线11、背面梯形微带线12、背面长条形微带线13、两个正面第一Y形微带线4、四个正面第二Y形微带线5、两个背面第一Y形微带线6、四个背面第二Y形微带线7、两个正面第一矩形微带线8、两个背面第一矩形微带线9、八个正面子阵单元14和八个背面子阵单元15；

八个正面子阵单元14并排印刷在介质基板1正面的上部，八个背面子阵单元15并排印刷在介质基板1背面的上部，四个正面第二Y形微带线5并排印刷在介质基板1正面的中部，四个背面第二Y形微带线7并排印刷在介质基板1背面的中部，两个正面第一Y形微带线4并排印刷在介质基板1正面的下部，两个背面第一Y形微带线6并排印刷在介质基板1背面的下部，正面T形微带线2印刷在介质基板1正面的下部，背面T形微带线3印刷在介质基板1背面的下部；

正面T形微带线2的竖边2-1通过正面梯形微带线10与正面长条形微带线11的上端连接，正面长条形微带线11的下端与介质基板1正面底边的中部连接，背面T形微带线3的竖边3-1通过背面梯形微带线12与背面长条形微带线13的上端连接，背面长条形微带线13的下端与介质基板1背面底边的中部连接；

每个正面第一Y形微带线4的竖边4-1的下端分别通过一个正面第一矩形微带线8与正面T形微带线2的横边2-2相对应的一端连接，每个背面第一Y形微带线6的竖边6-1的下端分别通过一个背面第一矩形微带线9与背面T形微带线3的横边3-2相对应的一端连接，每个正面第二Y形微带线5的竖边5-1与相对应的一个正面第一Y形微带线4相对应一个斜边4-2的上端连接，每个背面第二Y形微带线7的竖边7-1与相对应的一个背面第一Y形微带线6相对应一个斜边6-2的上端连接，每个正面子阵单元14的下端分别与相对应的一个正面第二Y形微带线5相对应一个斜边5-2的上端连接，每个背面子阵单元15的下端分别与相对应一个背面第二Y形微带线7相对应一个斜边7-2的上端连接；

每个正面子阵单元14上设有八个正面缝隙16，每个正面子阵单元14的两侧和顶边均布设有多个第一金属化过孔18，每个第一金属化过孔18由上至下依次穿过正面子阵单元14、介质基板1、背面子阵单元15，每个正面第二Y形微带线5的边缘均布设有多个第二金属化过孔19，每个正面第二Y形微带线5的岔口处设有多个第二金属化过孔19，所述多个第二金属化过孔19组成V形结构，每个正面第二Y形微带线5下端并排设有两个第三金属化过孔20，每个第二金属化过孔19和第三金属化过孔20均由上至下依次穿过正面第二Y形微带线5、介质基板1、背面第二Y形微带线7，每个正面第一Y形微带线4的边缘均布设有多个第四金属化过孔21，每个第四金属化过孔21由上至下依次穿过正面第一Y形微带线4、介质基板1、背面第一Y形微带线6，每个正面第一矩形微带线8的两侧均布设有多个第五金属化过孔22，每个第五金属化过孔22由上至下依次穿过正面第一矩形微带线8、介质基板1、背面第一矩形微带线9，正面T形微带线2的边缘均布设有多个第六金属化过孔23，正面T形微带线2的横边2-1的中部呈Y字形设有多个第六金属化过孔23，每个第六金属化过孔23由上至下依次穿过正面T形微带线2、介质基板1、背面T形微带线3，位于介质基板1正面右侧的正面第一Y形微带线4上设有第七金属化过孔17，第七金属化过孔17由上至下依次穿过正面第一Y形微带线4、介质基板1、背面第一Y形微带线6。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线的第一金属化过孔18、第二金属化过孔19、第三金属化过孔20、第四金属化过孔21、第五金属化过孔22、第六金属化过孔23、第七金属化过孔17的直径均为0.5mm。

本实施方式的技术效果是：如此设置，能够有效屏蔽波导内部的电磁波，从而降低基片集成波导的辐射损耗，提高天线的效率。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线的介质基板1的长度为203mm，介质基板1的宽度为115mm，介质基板1的厚度为1.5mm，介质基板1的介电常数为4.4。

本实施方式的技术效果是：如此设置，能够保证天线在满足工作频带时具有较小的尺寸。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线的每个正面缝隙16的长度为6.1mm，相邻两个正面缝隙16之间的距离Lt为15.1mm。

本实施方式的技术效果是：如此设置，能够实现天线在工作频带内的高增益和俯仰面方向图具有低副瓣。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线的第七金属化过孔17的中心与正面第一Y形微带线4的竖边4-1一侧之间的距离Wx为8.4mm，第七金属化过孔17的中心与正面第一Y形微带线4的竖边4-1底端之间的距离Lx为5.6mm。

本实施方式的技术效果是：如此设置，能够实现天线在工作频带内的方位面的方向图具有低副瓣。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理

本发明基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙天线阵列的高增益特性主要是通过8×8的缝隙辐射单元来实现。而对于低副瓣特性，天线在H(方位面)方向图的低副瓣特性主要是通过1×8的缝隙天线子阵单元的8个缝隙按照理论计算进行非均匀缝隙偏移配置来实现；天线在E(方位面)方向图的低副瓣特性主要是通过基于基片集成波导所设计的不均匀功率分配器实现8个子阵单元的不均匀馈电来实现。

Claims (5)

1.基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线，其特征在于：所述基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线包括介质基板(1)、正面T形微带线(2)、背面T形微带线(3)、正面梯形微带线(10)、正面长条形微带线(11)、背面梯形微带线(12)、背面长条形微带线(13)、两个正面第一Y形微带线(4)、四个正面第二Y形微带线(5)、两个背面第一Y形微带线(6)、四个背面第二Y形微带线(7)、两个正面第一矩形微带线(8)、两个背面第一矩形微带线(9)、八个正面子阵单元(14)和八个背面子阵单元(15)；

八个正面子阵单元(14)并排印刷在介质基板(1)正面的上部，八个背面子阵单元(15)并排印刷在介质基板(1)背面的上部，四个正面第二Y形微带线(5)并排印刷在介质基板(1)正面的中部，四个背面第二Y形微带线(7)并排印刷在介质基板(1)背面的中部，两个正面第一Y形微带线(4)并排印刷在介质基板(1)正面的下部，两个背面第一Y形微带线(6)并排印刷在介质基板(1)背面的下部，正面T形微带线(2)印刷在介质基板(1)正面的下部，背面T形微带线(3)印刷在介质基板(1)背面的下部；

正面T形微带线(2)的竖边(2-1)通过正面梯形微带线(10)与正面长条形微带线(11)的上端连接，正面长条形微带线(11)的下端与介质基板(1)正面底边的中部连接，背面T形微带线(3)的竖边(3-1)通过背面梯形微带线(12)与背面长条形微带线(13)的上端连接，背面长条形微带线(13)的下端与介质基板(1)背面底边的中部连接；

每个正面第一Y形微带线(4)的竖边(4-1)的下端分别通过一个正面第一矩形微带线(8)与正面T形微带线(2)的横边(2-2)相对应的一端连接，每个背面第一Y形微带线(6)的竖边(6-1)的下端分别通过一个背面第一矩形微带线(9)与背面T形微带线(3)的横边(3-2)相对应的一端连接，每个正面第二Y形微带线(5)的竖边(5-1)与相对应的一个正面第一Y形微带线(4)相对应一个斜边(4-2)的上端连接，每个背面第二Y形微带线(7)的竖边(7-1)与相对应的一个背面第一Y形微带线(6)相对应一个斜边(6-2)的上端连接，每个正面子阵单元(14)的下端分别与相对应的一个正面第二Y形微带线(5)相对应一个斜边(5-2)的上端连接，每个背面子阵单元(15)的下端分别与相对应一个背面第二Y形微带线(7)相对应一个斜边(7-2)的上端连接；

每个正面子阵单元(14)上设有八个正面缝隙(16)，每个正面子阵单元(14)的两侧和顶边均布设有多个第一金属化过孔(18)，每个第一金属化过孔(18)由上至下依次穿过正面子阵单元(14)、介质基板(1)、背面子阵单元(15)，每个正面第二Y形微带线(5)的边缘均布设有多个第二金属化过孔(19)，每个正面第二Y形微带线(5)的岔口处设有多个第二金属化过孔(19)，所述多个第二金属化过孔(19)组成V形结构，每个正面第二Y形微带线(5)下端并排设有两个第三金属化过孔(20)，每个第二金属化过孔(19)和第三金属化过孔(20)均由上至下依次穿过正面第二Y形微带线(5)、介质基板(1)、背面第二Y形微带线(7)，每个正面第一Y形微带线(4)的边缘均布设有多个第四金属化过孔(21)，每个第四金属化过孔(21)由上至下依次穿过正面第一Y形微带线(4)、介质基板(1)、背面第一Y形微带线(6)，每个正面第一矩形微带线(8)的两侧均布设有多个第五金属化过孔(22)，每个第五金属化过孔(22)由上至下依次穿过正面第一矩形微带线(8)、介质基板(1)、背面第一矩形微带线(9)，正面T形微带线(2)的边缘均布设有多个第六金属化过孔(23)，正面T形微带线(2)的横边(2-1)的中部呈Y字形设有多个第六金属化过孔(23)，每个第六金属化过孔(23)由上至下依次穿过正面T形微带线(2)、介质基板(1)、背面T形微带线(3)，位于介质基板(1)正面右侧的正面第一Y形微带线(4)上设有第七金属化过孔(17)，第七金属化过孔(17)由上至下依次穿过正面第一Y形微带线(4)、介质基板(1)、背面第一Y形微带线(6)。

2.根据权利要求1所述基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线，其特征在于：第一金属化过孔(18)、第二金属化过孔(19)、第三金属化过孔(20)、第四金属化过孔(21)、第五金属化过孔(22)、第六金属化过孔(23)、第七金属化过孔(17)的直径均为0.5mm。

3.根据权利要求1所述基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线，其特征在于：介质基板(1)的长度为203mm，介质基板(1)的宽度为115mm，介质基板(1)的厚度为1.5mm，介质基板(1)的介电常数为4.4。

4.根据权利要求1所述基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线，其特征在于：每个正面缝隙(16)的长度为6.1mm，相邻两个正面缝隙(16)之间的距离(Lt)为15.1mm。

5.根据权利要求1所述基于基片集成波导的高增益低副瓣缝隙阵列天线，其特征在于：第七金属化过孔(17)的中心与正面第一Y形微带线(4)的竖边(4-1)一侧之间的距离(Wx)为8.4mm，第七金属化过孔(17)的中心与正面第一Y形微带线(4)的竖边(4-1)底端之间的距离(Lx)为5.6mm。