CN105264714B - 多极化基片集成波导天线 - Google Patents

多极化基片集成波导天线 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种多极化基片集成波导天线。本发明多极化基片集成波导天线，天线为多层结构，从上到下依次包括：第一金属覆铜层、第一介质层、第二金属覆铜层、第二介质层以及第三金属覆铜层，其中，所述第一介质层和所述第二介质层上均设置有金属化通孔，所述第一金属覆铜层和所述第二金属覆铜层上均设置有蚀刻槽。本发明实施例解决采用微带线馈电导致高频应用时馈电效率下降的问题。

Description

多极化基片集成波导天线
技术领域
本发明实施例涉及通信技术，尤其涉及一种多极化基片集成波导天线。
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数量大大增加，需要的天线数目也相应地增多。这与要求天线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。多极化天线的出现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。
现有的定向耦合馈电低轮廓背腔圆极化天线(专利CN200710156825.2)由于电路结构和尺寸的原因，需采用微带线馈电，导致高频应用时馈电效率下降。
发明内容
本发明实施例提供一种多极化基片集成波导天线，以解决采用微带线馈电导致高频应用时馈电效率下降的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种多极化基片集成波导天线，所述天线为多层结构，从上到下依次包括：第一金属覆铜层、第一介质层、第二金属覆铜层、第二介质层以及第三金属覆铜层，其中，所述第一介质层和所述第二介质层上均设置有金属化通孔，所述第一金属覆铜层和所述第二金属覆铜层上均设置有蚀刻槽。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一介质层上设置有两列相互平行的第一金属化通孔，所述两列第一金属化通孔连接所述第一金属覆铜层和第二金属覆铜层，在所述第一层介质层中形成第一介质波导；所述第一介质层上形成一排第二金属化通孔，所述第二金属化通孔与所述两列第一金属化通孔均垂直，且与所述两列第一金属化通孔的一端靠近，在所述第一层介质层中形成第一短路面；
所述第二介质层上设置有两列相互平行的第三金属化通孔，所述两列第三金属化通孔连接所述第二金属覆铜层和第三金属覆铜层，在所述第二层介质层中形成第二介质波导；所述第二介质层上形成一排第四金属化通孔，所述第四金属化通孔与所述两列第三金属化通孔均垂直，且与所述两列第三金属化通孔的一端靠近，在所述第二层介质层中形成第二短路面。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述两列第一金属化通孔之间的第一中心线与所述两列第三金属化通孔之间的第二中心线在竖直方向上不重合。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第一金属覆铜层上蚀刻有第一纵向蚀刻槽和横向蚀刻槽，所述第一纵向蚀刻槽与所述第一短路面垂直，且所述第一纵向蚀刻槽位于所述第一中心线在所述第一金属覆铜层上的竖直投影上；所述横向蚀刻槽与所述第一短路面平行；
所述第二金属覆铜层上蚀刻有第二纵向蚀刻槽，所述第二纵向蚀刻槽与所述第二短路面垂直，且所述第二纵向蚀刻槽与所述第一纵向蚀刻槽在所述第二金属覆铜层上的竖直投影重合。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，调整所述第一纵向蚀刻槽的长度、所述第二纵向蚀刻槽的长度以及所述第二纵向蚀刻槽的中点与所述第二短路面在所述第二金属覆铜层上的竖直投影之间的距离，以控制第一极化状态的工作频率；
调整所述横向蚀刻槽与所述第一短路面在所述第一金属覆铜层上的垂直投影之间的距离，以控制第二极化状态的工作频率。
结合第一方面的第三种或第四种可能的实现方式，第一方面的第五种可能的实现方式中，所述第一纵向蚀刻槽的长度、所述第二纵向蚀刻槽的长度以及所述横向蚀刻槽的长度为所述第一介质波导的波导波长的二分之一；
所述横向蚀刻槽与所述第一短路面在所述第一金属覆铜层上的垂直投影之间的距离为所述第一介质波导的波导波长的二分之一；
所述第二纵向蚀刻槽的中点与所述第二短路面在所述第二金属覆铜层上的竖直投影之间的距离为所述第二介质波导的波导波长的四分之一。
结合第一方面、第一方面的第一种至第五种中任一种可能的实现方式，第一方面的第六种可能的实现方式中，在所述第一介质波导与所述第二介质波导的输入处接一90度耦合器，以实现双圆极化的工作模式。
结合第一方面的第三种至第五种中任一种可能的实现方式，第一方面的第七种可能的实现方式中，在所述第一金属覆铜层上从下到上依次覆盖第三介质层和第四金属覆铜层，在所述第四金属覆铜层上印制有贴片天线或辐射单元，以通过所述第一纵向蚀刻槽和所述横向蚀刻槽馈电。
本发明实施例多极化基片集成波导天线，全部采用基片集成波导结构，实现同一频率或双频段的双线极化的工作方式，具有良好的极化隔离度，有效解决采用微带线馈电导致高频应用时馈电效率下降的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明多极化基片集成波导天线实施例一的结构示意图；
图2为本发明多极化基片集成波导天线实施例二的第一金属覆铜层和第一介质层的俯瞰透视图；
图3为本发明多极化基片集成波导天线实施例二的第二金属覆铜层和第二介质层的俯瞰透视图；
图4为本发明多极化基片集成波导天线实施例三的结构示意图；
图5为本发明多极化基片集成波导天线实施例四的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明多极化基片集成波导天线实施例一的结构示意图，如图1所示，多极化基片集成波导天线为多层结构，从上到下依次包括：第一金属覆铜层11、第一介质层21、第二金属覆铜层31、第二介质层41以及第三金属覆铜层51，其中，第一介质层21和第二介质层41上均设置有金属化通孔，第一金属覆铜层11和第二金属覆铜层31上均设置有蚀刻槽。
本实施例的天线，第一介质波导馈电时，电磁场只会从第一金属覆铜层11横向辐射出去。第二介质波导馈电时，电磁场从第一金属覆铜层11上的纵向辐射出去，以控制天线的极化状态。并且，不同极化状态的工作频率可以相同也可是不同的，此处不做具体限定。
本实施例，全部采用基片集成波导结构，实现同一频率或双频段的双线极化的工作方式，具有良好的极化隔离度，有效解决采用微带线馈电导致高频应用时馈电效率下降的问题。
图2为本发明多极化基片集成波导天线实施例二的第一金属覆铜层和第一介质层的俯瞰透视图，图3为本发明多极化基片集成波导天线实施例二的第二金属覆铜层和第二介质层的俯瞰透视图，图2和图3结合来看，第一介质层21上形成两列相互平行的第一金属化通孔22a和22b，两列第一金属化通孔22a和22b连接第一金属覆铜层11和第二金属覆铜层31，在第一层介质层21中形成第一介质波导；第一介质层21上形成一排第二金属化通孔23，第二金属化通孔23与两列第一金属化通孔22a和22b均垂直，且与两列第一金属化通孔22a和22b的一端靠近，在第一层介质层21中形成第一短路面24。
第二介质层41上形成两列相互平行的第三金属化通孔42a和42b，两列第三金属化通孔42a和42b连接第二金属覆铜层31和第三金属覆铜层51，在第二层介质层41中形成第二介质波导；第二介质层41上形成一排第四金属化通孔43，第四金属化通孔43与所述两列第三金属化通孔42a和42b均垂直，且与两列第三金属化通孔42a和42b的一端靠近，在第二层介质层41中形成第二短路面44。
两列第一金属化通孔22a和22b之间的第一中心线25与两列第三金属化通孔42a和42b之间的第二中心线45在竖直方向上不重合；
第一金属覆铜层11上蚀刻有第一纵向蚀刻槽12和横向蚀刻槽13，第一纵向蚀刻槽12与第一短路面24垂直，且第一纵向蚀刻槽12位于第一中心线25在第一金属覆铜层11上的竖直投影25’上；横向蚀刻槽13与第一短路面24平行。
第二金属覆铜层31上蚀刻有第二纵向蚀刻槽32，第二纵向蚀刻槽32与第二短路面44垂直，且第二纵向蚀刻槽32与第一纵向蚀刻槽12在第二金属覆铜层31上的竖直投影12’重合。
调整第一纵向蚀刻槽12的长度、第二纵向蚀刻槽32的长度以及第二纵向蚀刻槽32的中点32a与第二短路面44在第二金属覆铜层31上的竖直投影44’之间的距离L2，以控制第一极化状态的工作频率；调整横向蚀刻槽13与第一短路面24在第一金属覆铜层11上的垂直投影24’之间的距离L1，以控制第二极化状态的工作频率。
本实施例的天线，第一介质波导馈电时，第二金属覆铜层31上的第二纵向蚀刻槽32与第一纵向蚀刻槽12在第二金属覆铜层31上的竖直投影12’重合，而第一纵向蚀刻槽12位于第一中心线25在第一金属覆铜层11上的竖直投影25’上，因此第二纵向蚀刻槽32正好位于第一中心线25在第二金属覆铜层31上的竖直投影上，第二纵向蚀刻槽32与第一中心线25在竖直方向上重叠，二者完美隔离，能量不会通过第二纵向蚀刻槽32进入第二介质波导；同时，第一金属覆铜层11上的第一纵向蚀刻槽12也位于第一中心线25在第一金属覆铜层11上的竖直投影25’上，因此第一纵向蚀刻槽12无法辐射能量；此时，电磁场只会从第一金属覆铜层11上的横向蚀刻槽13辐射出去。第二介质波导馈电时，第二金属覆铜层31上的第二纵向蚀刻槽32切割表面电流，能量耦合进入第一介质波导，并从第一金属覆铜层11上的第一纵向蚀刻槽12辐射出去；此时横向蚀刻槽13无辐射作用。通过上述方法可以控制天线的极化状态，第一极化状态的工作频率和第二极化状态的工作频率可以相同或者不相同，此处不做具体限定。
本实施例，全部采用基片集成波导结构，实现同一频率或双频段的双线极化的工作方式，具有良好的极化隔离度，有效解决采用微带线馈电导致高频应用时馈电效率下降的问题。
进一步的，上述第一纵向蚀刻槽12的长度、第二纵向蚀刻槽32的长度以及横向蚀刻槽13的长度为第一介质波导的波导波长的二分之一；横向蚀刻槽13与第一短路面24在第一金属覆铜层11上的垂直投影24’之间的距离L1为第一介质波导的波导波长的二分之一；第二纵向蚀刻槽32的中点32a与第二短路面44在第二金属覆铜层31上的竖直投影44’之间的距离L2为第二介质波导的波导波长的四分之一。
具体来讲，第一纵向蚀刻槽12的长度、第二纵向蚀刻槽32的长度以及横向蚀刻槽13的长度与第一介质波导的波导波长相关，当这些长度确定后即可得到相应的第一介质波导的波导波长，也可以是希望的到什么样的第一介质波导的波导波长，就将第一纵向蚀刻槽12的长度、第二纵向蚀刻槽32的长度以及横向蚀刻槽13的长度调整成相应的长度。横向蚀刻槽13与第一短路面24在第一金属覆铜层11上的垂直投影24’之间的距离L1、第二纵向蚀刻槽32的中点32a与第二短路面44在第二金属覆铜层31上的竖直投影44’之间的距离L2的确定，与上述原理同理。
图4为本发明多极化基片集成波导天线实施例三的结构示意图，如图4所示，本实施例的装置在图1所示装置结构的基础上，进一步地，还可以包括：90度耦合器61，以实现天线的双圆极化的工作模式。
图5为本发明多极化基片集成波导天线实施例四的结构示意图，如图5所示，本实施例的装置在图1所示装置结构的基础上，进一步地，在第一金属覆铜层11上从下到上依次覆盖第三介质层71和第四金属覆铜层81，在第四金属覆铜层81上印制有贴片天线82或辐射单元83，以通过第一纵向蚀刻槽12和横向蚀刻槽13馈电。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述该作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现。
本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种多极化基片集成波导天线，其特征在于，所述天线为多层结构，从上到下依次包括：第一金属覆铜层、第一介质层、第二金属覆铜层、第二介质层以及第三金属覆铜层，其中，所述第一介质层和所述第二介质层上均设置有金属化通孔，所述第一金属覆铜层和所述第二金属覆铜层上均设置有蚀刻槽；
所述第一介质层上设置有两列相互平行的第一金属化通孔，所述两列第一金属化通孔连接所述第一金属覆铜层和第二金属覆铜层，在所述第一层介质层中形成第一介质波导；所述第一介质层上形成一排第二金属化通孔，所述第二金属化通孔与所述两列第一金属化通孔均垂直，且与所述两列第一金属化通孔的一端靠近，在所述第一层介质层中形成第一短路面；
所述第二介质层上设置有两列相互平行的第三金属化通孔，所述两列第三金属化通孔连接所述第二金属覆铜层和第三金属覆铜层，在所述第二层介质层中形成第二介质波导；所述第二介质层上形成一排第四金属化通孔，所述第四金属化通孔与所述两列第三金属化通孔均垂直，且与所述两列第三金属化通孔的一端靠近，在所述第二层介质层中形成第二短路面；
所述两列第一金属化通孔之间的第一中心线与所述两列第三金属化通孔之间的第二中心线在竖直方向上不重合；
所述第一金属覆铜层上蚀刻有第一纵向蚀刻槽和横向蚀刻槽，所述第一纵向蚀刻槽与所述第一短路面垂直，且所述第一纵向蚀刻槽位于所述第一中心线在所述第一金属覆铜层上的竖直投影上；所述横向蚀刻槽与所述第一短路面平行；
所述第二金属覆铜层上蚀刻有第二纵向蚀刻槽，所述第二纵向蚀刻槽与所述第二短路面垂直，且所述第二纵向蚀刻槽与所述第一纵向蚀刻槽在所述第二金属覆铜层上的竖直投影重合。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，调整所述第一纵向蚀刻槽的长度、所述第二纵向蚀刻槽的长度以及所述第二纵向蚀刻槽的中点与所述第二短路面在所述第二金属覆铜层上的竖直投影之间的距离，以控制第一极化状态的工作频率；
调整所述横向蚀刻槽与所述第一短路面在所述第一金属覆铜层上的垂直投影之间的距离，以控制第二极化状态的工作频率。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一纵向蚀刻槽的长度、所述第二纵向蚀刻槽的长度以及所述横向蚀刻槽的长度为所述第一介质波导的波导波长的二分之一；
所述横向蚀刻槽与所述第一短路面在所述第一金属覆铜层上的垂直投影之间的距离为所述第一介质波导的波导波长的二分之一；
所述第二纵向蚀刻槽的中点与所述第二短路面在所述第二金属覆铜层上的竖直投影之间的距离为所述第二介质波导的波导波长的四分之一。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的天线，其特征在于，在所述第一介质波导与所述第二介质波导的输入处接一90度耦合器，以实现双圆极化的工作模式。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的天线，其特征在于，在所述第一金属覆铜层上从下到上依次覆盖第三介质层和第四金属覆铜层，在所述第四金属覆铜层上印制有贴片天线或辐射单元，以通过所述第一纵向蚀刻槽和所述横向蚀刻槽馈电。
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