CN110620295A - 集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线，包括共面波导馈电部分、馈电微带线和设有辐射缝隙的基片集成波导，基片集成波导包括介质基片和在介质基片上下表面覆盖的上表面金属层和下表面金属层，基片集成波导还包括若干排成圆形阵列的金属化通孔阵列，基片集成波导的上下表面分别设有半圆形状缝隙和双翅形辐射缝隙，共面波导馈电部分和馈电微带线设置在基片集成波导的上表面，馈电微带线和共面波导馈电导体带部分相连，基片集成波导的上下表面分别设有太阳能电池片和电路模块。本发明中的天线能集成太阳能电池片和电路模块、结构简单，能用于移动通信、射频识别等领域。

Description

集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线
技术领域
本发明涉及基片集成波导天线技术领域，特别涉及一种集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线。
背景技术
近年来，无线通信技术飞速进步，出现了各种无线通信产品，其中小体积的无线通信产品颇受欢迎。天线在无线通信产品中不可缺少，它起着电磁波信号发射或接收的作用，其体积直接影响了无线通信产品的价值，通常，天线应当体积越小越好。
目前，大多数无线通信产品中电路模块和天线是分开的，这样造成产品体积大。此外，在某些不太好更换电池的应用领域，需要太阳能电池配合天线使用，太阳能电池被用在通信产品设备时也会占据一定空间，增加设备的体积。在常规天线上面放置太阳能电池片和电路模块，会影响天线性能，不能满足某些通信应用领域的要求。
发明内容
本发明提供了一种集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线，解决现有技术中常规天线，不能满足某些无线通信产品需要减少体积的要求的技术问题。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，一种集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线，包括共面波导馈电部分、馈电微带线和设有辐射缝隙的基片集成波导，基片集成波导包括介质基片和在介质基片上下表面覆盖的上表面金属层和下表面金属层，基片集成波导还包括若干排成圆形阵列的金属化通孔阵列，基片集成波导的上下表面分别设有半圆形状缝隙和双翅形辐射缝隙，半圆形状缝隙和双翅形辐射缝隙通过在基片集成波导的上表面金属层和下表面金属层蚀刻出不覆盖金属的缝隙而成，共面波导馈电部分和馈电微带线设置在基片集成波导的上表面，馈电微带线和共面波导馈电导体带部分相连，基片集成波导的上下表面分别设有太阳能电池片和电路模块。
本发明进一步设置为，所述双翅形辐射缝隙包括对称设置的两个翅膀形状缝隙和用于连接两个翅膀形状缝隙的圆形连接缝隙。
本发明进一步设置为，所述翅膀形状缝隙靠近电路模块一侧的边界的曲率小于另一侧的曲率。
本发明进一步设置为，太阳能电池片设置在靠近半圆形状缝隙的一侧，电路模块设置在双翅形辐射缝隙的一侧。
本发明进一步设置为，所述共面波导馈电部分包括中心导体带和两侧金属地，共面波导馈电部分中心导体带宽度和馈电微带线宽度一致，中心导体带的宽度不超过共面波导馈电部分两侧金属地之间的间距。
综上所述，本发明的有益效果有：
1．本发明中的天线结构有利于腾出更多空间给电路模块和太阳能电池片，由于天线采用基片集成波导结构，基片集成波导的上下表面是上表面金属层和下表面金属层，太阳能电池片和电路模块置于基片集成波导的上下表面，减少了太阳能电池片和电路模块对天线性能的影响，太阳能电池片的正负极接线还可以通过金属化通孔和电路模块相连；
2．翅膀形状缝隙靠近电路模块一侧的边界的曲率小于另一侧的曲率，因此翅膀形状缝隙靠近电路模块一侧的边界较“扁”，而另一侧的边界较“凸”，有利于便于腾出更多空间给电路模块等，能够满足移动通信、射频识别等领域的技术要求；
3．采用共面波导馈电，便于和平面电路集成、结构简单。
附图说明
图1为本发明的集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线的仰视图；
图2为本发明的集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线的俯视图。
图3为天线的反射系数S11参数的仿真结果。
图4为能集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线的910MHz归一化辐射方向图。
图中，1、馈电微带线；2、半圆形状缝隙；3、金属化通孔阵列；4、中心导体带；5、两侧金属地；6、翅膀形状缝隙；7、小圆形缝隙。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，一种集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线，包括共面波导馈电部分、馈电微带线1和设有辐射缝隙的基片集成波导，基片集成波导包括介质基片和在介质基片上下表面覆盖的上表面金属层和下表面金属层，基片集成波导还包括若干排成圆形阵列的金属化通孔阵列3，基片集成波导的上下表面分别设有半圆形状缝隙2和双翅形辐射缝隙，半圆形状缝隙2和双翅形辐射缝隙通过在基片集成波导的上表面金属层和下表面金属层蚀刻出不覆盖金属的缝隙而成，共面波导馈电部分和馈电微带线1设置在基片集成波导的上表面，馈电微带线1和共面波导馈电导体带部分相连，基片集成波导的上下表面分别设有太阳能电池片和电路模块。
双翅形辐射缝隙是通过在天线下表面金属层蚀刻出不覆金属的两个相连翅膀形状缝隙6，来实现对外辐射；天线上表面金属层在圆形金属化通孔阵列3内蚀刻出一个不覆金属半圆形状缝隙2；半圆形状缝隙2和馈电微带线1位于双翅形辐射缝隙的正上方，半圆形状缝隙2内的馈电微带线1和共面波导馈电导体带部分相连；太阳能电池片和电路模块可以分别放置于分别蚀刻了半圆形状缝隙2和双翅形辐射缝隙的上下表面金属层之上。
所述双翅形辐射缝隙是产生辐射的主体，包括对称设置的两个翅膀形状缝隙6和用于连接两个翅膀形状缝隙6的圆形连接缝隙，是通过在天线下表面金属层蚀刻出不覆金属的缝隙得到，调节双翅形辐射缝隙的位置和其长度宽度有利于调节天线工作频率和阻抗匹配。为了便于腾出更多空间给电路模块等，所述翅膀形状缝隙6靠近电路模块一侧的边界的曲率小于另一侧的曲率，即翅膀形状缝隙6靠近电路模块一侧的边界较“扁”，而另一侧的边界较“凸”。
太阳能电池片设置在靠近半圆形状缝隙2的一侧，电路模块设置在双翅形辐射缝隙的一侧。
所述共面波导馈电部分包括中心导体带4和两侧金属地5，共面波导馈电部分中心导体带4宽度要和馈电微带线1宽度一致，中心导体带4的宽度会影响天线频率和阻抗匹配，中心导体带4的宽度不超过共面波导馈电部分两侧金属地5之间的间距。
当天线基板为厚度为0.6mm的Rogers RO4350基板（εr=3.66，tanδ=0.004）时，应用仿真软件HFSS对该天线结构尺寸进行优化设计后，天线整体的长度和宽度分别为85mm、85mm。
图1和图2中所标注的天线尺寸参数经优化设计后为：金属化通孔阵列3的每个通孔的直径为5mm，圆形通孔阵列的半径为37mm，相邻两个通孔之间的间距为5.85mm；馈电微带线1的宽度W2和长度L4分别为15.51mm和33.23mm；共面波导馈电部分包括中心导体带4和两侧金属地5，长度L3为9.65mm，中心导体带4和两侧金属地5之间缝隙宽度S为1mm，共面波导馈电部分中心导体带4宽度和馈电微带线1宽度W2一致；双翅形辐射缝隙的W1=33.8mm、L1=6.6mm、L2=10.8mm。此外，两个翅膀形状缝隙6通过一个半径为2.4mm的小圆形缝隙7相连。
图3为得到的天线反射系数S11参数仿真结果。由图3可见，当天线上下表面金属层上半部分放置太阳能电池片和电路模块时，天线反射系数变化不大，说明太阳能电池片和电路模块对天线性能的影响比较小。满足天线反射系数S11<-10dB（对应驻波比VSWR≤2）时，天线能工作在895~923MHz，天线中心谐振点频率为910MHz，该谐振点增益为3.46 dBi，能满足常规应用需求。
图4为能集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线的910MHz归一化辐射方向图，该归一化辐射方向图显示该天线在其垂直面上具有全向辐射特性，方向性上能满足无线个人局域网通讯要求，可以用于通信领域。
本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (5)

1.一种集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线，其特征在于，包括共面波导馈电部分、馈电微带线(1)和设有辐射缝隙的基片集成波导，基片集成波导包括介质基片和在介质基片上下表面覆盖的上表面金属层和下表面金属层，基片集成波导还包括若干排成圆形阵列的金属化通孔阵列(3)，基片集成波导的上下表面分别设有半圆形状缝隙(2)和双翅形辐射缝隙，半圆形状缝隙(2)和双翅形辐射缝隙通过在基片集成波导的上表面金属层和下表面金属层蚀刻出不覆盖金属的缝隙而成，共面波导馈电部分和馈电微带线(1)设置在基片集成波导的上表面，馈电微带线(1)和共面波导馈电导体带部分相连，基片集成波导的上下表面分别设有太阳能电池片和电路模块。
2.根据权利要求1所述的集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线，其特征在于，所述双翅形辐射缝隙包括对称设置的两个翅膀形状缝隙(6)和用于连接两个翅膀形状缝隙(6)的圆形连接缝隙。
3.根据权利要求2所述的集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线，其特征在于，所述翅膀形状缝隙(6)靠近电路模块一侧的边界的曲率小于另一侧的曲率。
4.根据权利要求1所述的集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线，其特征在于，太阳能电池片设置在靠近半圆形状缝隙(2)的一侧，电路模块设置在双翅形辐射缝隙的一侧。
5.根据权利要求1所述的集成太阳能电池片和电路模块的基片集成波导缝隙天线，其特征在于，所述共面波导馈电部分包括中心导体带(4)和两侧金属地(5)，共面波导馈电部分中心导体带(4)宽度和馈电微带线(1)宽度一致，中心导体带(4)的宽度不超过共面波导馈电部分两侧金属地(5)之间的间距。
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