CN105281023A - 一种环形半模基片集成波导背射天线 - Google Patents

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张宁
于峰崎
钟催林
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Abstract

本发明公开了一种小型化环形半模基片集成波导背射天线，该天线包括介质板、上层金属面和下层金属面。所述介质板侧壁上设有呈半圆形排列的金属化通孔，这些等间隔排列的金属化通孔与介质板的左窄边侧壁一起构成了半模基片集成波导腔体；所述上层金属面的微带线馈电方式采用嵌入式馈电，此种馈电方式可以方便地调节天线的输入阻抗；所述下层金属面蚀刻有半圆形辐射区域以及一点短路结构，天线的谐振频率和输入阻抗随短路结构的长度变化而变化。本发明结构简单，体积小，增益高，制作方便，可广泛应用于平面电路中。

Description

一种环形半模基片集成波导背射天线
【技术领域】
本发明涉及一种小型化环形天线，具体涉及一种环形半模基片集成波导背射天线。
【背景技术】
天线是无线通信系统中的重要组成部分，其本身性能的好坏严重影响通信系统的性能指标。天线的发展历史悠久，结构各异，各有特点。传统的矩形金属波导天线，增益高、主瓣窄、损耗小，但是体积庞大，结构复杂，难以实现平面集成。随着微波技术的不断发展，人们不断追求微波电路和微波器件的小型化、集成化，从而研究出了基片集成波导传输线结构。基片集成波导与传统矩形波导有着类似的传输特性，利用基片集成波导技术设计天线，不仅可以实现传统矩形波导天线特有的性能，克服传统矩形波导天线体积庞大的缺点，而且容易实现双频、双极化的工作方式。
近年来，半模基片集成波导作为微波毫米波技术领域里的一项前沿技术越来越受人们注意的原因在于，半模基片集成波导不仅保留了全模基片集成波导所有的优点，如损耗小、高Q值等，而且体积减小为全模基片集成波导的一半，使得设计更为简单，制作更为方便。未来，半模基片集成波导天线将会得到广泛应用。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种环形半模基片集成波导背射天线。本发明结构简单，体积小，增益高，制作方便，可广泛应用于平面电路中。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：设计一种环形半模基片集成波导背射天线，该天线包括介质板、上层金属面和下层金属面。所述介质板侧壁上设有呈半圆形排列的金属化通孔，这些等间隔排列的金属化通孔与介质板的左窄边侧壁一起构成了半模基片集成波导腔体；所述上层金属面的微带线馈电方式采用嵌入式馈电，此种馈电方式可以方便地调节天线的输入阻抗；所述下层金属面蚀刻有半圆形辐射区域以及一点短路结构，天线的谐振频率和输入阻抗随短路结构的长度变化而变化。
所述的半圆形基片集成波导腔体的半径r1大于二分之一个波长且小于一个波长。
所述的金属化通孔的直径d小于十分之一波长，相邻通孔的中心间距s小于两倍的直径长度。
所述的下层金属面的半圆形辐射区域的半径r2小于等于五分之一波长。
所述的下层金属面上的短路结构呈矩形，并关于直线AA’对称。
所述的介质板Rogers5880，厚0.5mm，相对介电常数为2.2。
本发明相对于现有技术提供一种环形半模基片集成波导背射天线，结构简单、损耗低、体积小、易于集成，其有益效果在于：1)半模基片集成波导结构不仅保留了全模基片集成波导所有的优点，如损耗小、高Q值等，而且体积减小为全模基片集成波导的一半，设计更为简单，制作更为方便；2)调节微带线馈电的嵌入深度，可以实现良好的阻抗匹配和较高的天线辐射效率；3)采用半圆环形天线结构以及矩形短路结构，可以有效调节天线的谐振频率及阻抗匹配，实现小型化、高增益。
【附图说明】
图1是本发明的一种环形半模基片集成波导背射天线结构示意图。
图2是本发明的一种环形半模基片集成波导背射天线谐振频率f随z2的变化曲线。
图3是本发明的一种环形半模基片集成波导背射天线S11仿真结果图。
图4是本发明的一种环形半模基片集成波导背射天线的E面辐射方向图。
图5是本发明的一种环形半模基片集成波导背射天线的H面辐射方向图。
【具体实施方式】
为了更加详细的阐述本发明的实施方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提供的一种环形半模基片集成波导背射天线，包括介质板[1]、上层金属面[2]和下层金属面[6]。所述介质板[1]侧壁上设有呈半圆形排列的金属化通孔[3]，这些等间隔排列的金属化通孔[3]与介质板[1]的窄边侧壁[9]一起构成了半模基片集成波导腔体；所述上层金属面[2]的微带线馈电方式采用嵌入式馈电[5]，此种馈电方式可以方便地调节天线的输入阻抗；所述下层金属面[6]蚀刻有半圆形辐射区域[7]以及一点短路结构[8]。
上述实施方式中，短路结构[8]关于过半圆形基片集成波导圆心点的直线AA’对称，宽0.8mm，长1.5mm，可以调节天线的阻抗匹配及谐振频率，使天线在某个频率上实现小型化、高增益性能。
天线采用的介质板材为Rogers5880，其相对介电常数为2.2，厚0.5mm，损耗正切角为0.0009，介质板的尺寸为37×14(mm2)。半圆形基片集成波导腔体的半径r1取12.5mm，构成基片集成波导腔体的金属化通孔[3]直径d为1mm，相邻通孔中心间距s为1.3mm。天线的具体参数如下表所示，单位为mm：
r1 r2 d
12.5 1.5 1
s z1 z2
1.23 0.8 1.5
af bf w50
2.5 0.8 1
本发明天线工作在24.9GHz，经仿真软件HFSS仿真优化得到的结果如图2--5所示。图2给出了本发明天线的谐振频率f与短路结构[8]的长度z1的关系曲线。根据图2可以看出，短路结构[8]的长度决定着天线的谐振频率，并且随着短路结构[8]长度的增加，谐振频率相应减小。
图3表示该环形半模基片集成波导背射天线的S11参数，结果表明天线在谐振频率24.9GHz处，回波损耗为-31.6dB，-10dB带宽为24.61GHz--25.31GHz。图4表示该环形半模基片集成波导背射天线的E面方向图，图5表示该环形半模基片集成波导背射天线的H面方向图，该天线的最大增益达到了7.8dBi。本发明天线虽然结构简单，体积紧凑，但是天线的性能却在传统波导天线及其他基片集成波导天线之上。

Claims (6)

1.一种环形半模基片集成波导背射天线，该天线包括介质板[1]、上层金属面[2]和下层金属面[6]。所述介质板[1]侧壁上设有呈半圆形排列的金属化通孔[3]，这些等间隔排列的金属化通孔[3]与介质板[1]的左侧壁[9]一起构成了半模基片集成波导腔体；所述上层金属面[2]的微带线馈电方式采用嵌入式馈电[5]，此种馈电方式可以方便地调节天线的输入阻抗；所述下层金属面[6]蚀刻有半圆形辐射区域[7]以及一点短路结构[8]，天线的谐振频率和输入阻抗随短路结构[8]的长度变化而变化。
2.根据权利要求1所述的一种环形半模基片集成波导背射天线，其特征在于：半圆形基片集成波导腔体以点[10]为圆心的半径r1大于二分之一个波长且小于一个波长。
3.根据权利要求1所述的一种环形半模基片集成波导背射天线，其特征在于：金属化通孔[3]的直径d小于十分之一波长，相邻金属化通孔[3]的中心间距s小于两倍的直径长度。
4.根据权利要求1所述的一种环形半模基片集成波导背射天线，其特征在于：下层金属面[6]的半圆形辐射区域[7]与半圆形基片集成波导腔体同圆心，其半径r2小于等于五分之一波长。
5.根据权利要求1所述的一种环形半模基片集成波导背射天线，其特征在于：下层金属面[6]上的短路结构[8]呈矩形，并关于直线AA’对称，且该直线AA’过半圆形基片集成波导的圆心点[10]。
6.根据权利要求1、2、3、4、5所述的一种环形半模基片集成波导背射天线，其特征在于：介质板[1]厚0.5mm，相对介电常数为2.2，板材为Rogers5880。
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