CN110854526A - 一种基片集成波导馈电的介质端射天线 - Google Patents

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徐凯
王磊
杨永杰
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Abstract

本发明属于微波通信领域，公开了一种基片集成波导馈电的介质端射天线。本发明提供的介质端射天线包括：基片集成波导和对称型介质周期结构超表面；基片集成波导包括第一介质基板，设置在第一介质基板上下表面的金属地以及两条金属化通孔列，两条金属化通孔列分别设置在所述第一介质基板沿长度方向的两侧；对称型介质周期结构超表面包括第二介质基板和对称设置在第二介质基板上下表面的介质贴片层，介质贴片层包括阵列排布的多个介质贴片，第二介质基板为所述第一介质基片的延伸段。本发明提供的介质端射天线具有低损耗、高效率以及宽带等优点。

Description

一种基片集成波导馈电的介质端射天线
技术领域
本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种基片集成波导馈电的介质端射天线。
背景技术
端射天线是一种能量从馈源出发，沿着天线伸展方向辐射的天线，广泛应用于雷达，机载天线，车载通信等领域。将基片集成波导作为端射天线的馈电结构可以将基片集成波导的高工作频率、损耗小、Q值高、易集成等特点带入到端射天线中。因此，基片集成波导馈电的端射天线通常可用于高频或毫米波工作。目前已报道的基片集成波导馈电的端射天线主要采用金属辐射体结构，但是在毫米波频段，金属辐射体的导体损耗增加，导致天线效率降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基片集成波导馈电的介质端射天线，采用介质作为辐射体的基片集成波导馈电的端射天线，有效减少相应的导体损耗，提高效率，同时拓展带宽。
本发明提供了一种基片集成波导馈电的介质端射天线，包括：
基片集成波导和对称型介质周期结构超表面，所述基片集成波导的中心和所述对称型介质周期结构超表面的中心在一条直线上；
所述基片集成波导包括第一介质基板、设置在第一介质基板上下表面的金属地以及两条金属化通孔列，两条所述金属化通孔列分别设置在所述第一介质基板沿长度方向的两侧；
所述对称型介质周期结构超表面包括第二介质基板和对称设置在所述第二介质基板上下表面的介质贴片层，所述介质贴片层包括阵列排布的多个介质贴片，所述第二介质基板为所述第一介质基片的延伸段。
优选的，所述介质贴片的材质为陶瓷。
优选的，所述介质贴片为矩形。
优选的，所述第一介质基板和第二介质基板的介电常数为2.2。
优选的，所述介质贴片层的宽度与所述基片集成波导的宽度相同或近似相同。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：采用纯介质结构作为辐射体，减少导体损耗，提高了天线辐射效率。同时，通过基片集成波导馈电，激励对称型介质周期结构超表面的多个谐振模式，形成较宽的工作带宽。几个谐振模式的频点可由介质贴片在信号传输方向的长度以及间距调控。另外，电磁波在对称型介质周期结构超表面部分边传边漏，减小了Q值，进一步保证了宽带的性能。
附图说明
图1为本发明提供的基片集成波导馈电的介质端射天线的俯视图；
图2为本发明提供的基片集成波导馈电的介质端射天线的侧视图；
图3为本发明提供的基片集成波导馈电的介质端射天线的S11仿真和增益仿真结果图；
图4为本发明提供的基片集成波导馈电的介质端射天线27GHz的E面和H面方向图仿真结果；
图5为本发明提供的基片集成波导馈电的介质端射天线42GHz的E面和H面方向图仿真结果；
图6为本发明提供的基片集成波导馈电的介质端射天线58GHz的E面和H面方向图仿真结果；
其中，附图标记为：1.为金属地；2.介质基板；3.金属通孔；4.介质贴片。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参考图1、图2，本发明提供了一种基片集成波导馈电的介质端射天线，该介质端射天线包括：基片集成波导和对称型介质周期结构超表面，基片集成波导的中心和对称型介质周期结构超表面的中心在一条直线上；基片集成波导包括第一介质基板、设置在第一介质基板上下表面的金属地以及两条金属化通孔列，两条金属化通孔列分别设置在第一介质基板沿长度方向的两侧；对称型介质周期结构超表面包括第二介质基板和对称设置在第二介质基板上下表面的介质贴片层，介质贴片层包括阵列排布的多个介质贴片，第二介质基板为所述第一介质基片的延伸段。
具体的，本发明实施例采用对称型介质周期结构超表面作为辐射体，基片集成波导作为馈电结构，通过基片集成波导将信号传输到对称型介质周期结构超表面辐射体，形成端射效果。本发明中介质可以实现多个模式谐振，可以有效减少相应的导体损耗，实现高效率的宽带端射天线。本发明中，基片集成波导的中心、对称型介质周期结构超表面的中心和端射方向呈直线分布，以保证方向图的对称性。
本发明中，介质贴片的材质优选为陶瓷。陶瓷介质贴片相对于金属贴片，可产生相隔较近的高次模，因此，陶瓷贴片进行阵列排布形成介质超表面可以增加拓展带宽。本发明中介质贴片优选为矩形。第一介质基板和第二介质基板的介电常数优选为2.2。本发明中，介质贴片层的宽度与基片集成波导的宽度相同或近似相同，可以保证信号的平稳传输。
下面列出了本发明的一个具体实施例，本实施例中采用的第一介质基板和第二介质基板为RogersRT5880基板，介电常数为2.2，损耗角为0.0009，厚度为1.6mm，介质贴片采用ER9.9陶瓷，介电常数为9.9，损耗角为0.00015，介质贴片尺寸为0.35λ0×0.21λ0×0.09λ0，相邻介质贴片沿端射方向间距为0.06λ0，沿介质贴片宽度方向的间距为0.03λ0。本发明实施例的S11仿真和增益仿真结果如图3所示，该实例中心频率为42.5GHz，尺寸为1.86λ0×1.26λ0×0.41λ0，频带内的增益为7.3～12.5dBi，10dB匹配带宽为77.6％，效率达到97.5％。图4～图6分别是27GHz，42GHz，58GHz处的天线仿真的方向图，天线交叉极化水平均大于60dB。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种基片集成波导馈电的介质端射天线，其特征在于，所述介质端射天线包括：
基片集成波导和对称型介质周期结构超表面，所述基片集成波导的中心和所述对称型介质周期结构超表面的中心在一条直线上；
所述基片集成波导包括第一介质基板、设置在第一介质基板上下表面的金属地以及两条金属化通孔列，两条所述金属化通孔列分别设置在所述第一介质基板沿长度方向的两侧；
所述对称型介质周期结构超表面包括第二介质基板和对称设置在所述第二介质基板上下表面的介质贴片层，所述介质贴片层包括阵列排布的多个介质贴片，所述第二介质基板为所述第一介质基片的延伸段。
2.根据权利要求1所述的基片集成波导馈电的介质端射天线，其特征在于，所述介质贴片的材质为陶瓷。
3.根据权利要求1所述的基片集成波导馈电的介质端射天线，其特征在于，所述介质贴片为矩形。
4.根据权利要求1所述的基片集成波导馈电的介质端射天线，其特征在于，所述第一介质基板和第二介质基板的介电常数为2.2。
5.根据权利要求1所述的基片集成波导馈电的介质端射天线，其特征在于，所述介质贴片层的宽度与所述基片集成波导的宽度相同或近似相同。
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