CN111009730A - 基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线及应用 - Google Patents

基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111009730A
CN111009730A CN201911218933.7A CN201911218933A CN111009730A CN 111009730 A CN111009730 A CN 111009730A CN 201911218933 A CN201911218933 A CN 201911218933A CN 111009730 A CN111009730 A CN 111009730A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
vivaldi antenna
ridge waveguide
integrated double
dielectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911218933.7A
Other languages
English (en)
Inventor
邓敬亚
曹润
孙冬全
雍婷
郭立新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201911218933.7A priority Critical patent/CN111009730A/zh
Publication of CN111009730A publication Critical patent/CN111009730A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H01Q13/085—Slot-line radiating ends

Abstract

本发明属于天线技术领域，公开了一种基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线及应用，包括：微带到基片集成双脊波导的过渡，基片集成双脊波导，对拓Vivaldi天线辐射结构，介质基板及金属地板。本发明用基片集成双脊波导馈电，由微带线通过梯形渐变结构过渡到基片集成双脊波导，再由基片集成双脊波导给Vivaldi天线馈电，最后Vivaldi天线将信号辐射出去。采用基片集成双脊波导馈电，降低了截止频率，增加了带宽；带宽范围为11.22GHz到40GHz，覆盖Ku、K和Ka频段；在截止频率下的电尺寸比常规基片集成波导馈电的对拓Vivaldi天线要小，成功地实现了对拓Vivaldi天线的小型化。

Description

基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线及应用
技术领域
本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线及应用。
背景技术
目前，最接近的现有技术：在现代无线通信系统中，天线作为一种发射或接收电磁波的单元，可实现自由空间电磁场和导波系统电磁场之间的相互转换，因此在雷达系统、卫星导航和医疗设备等领域得到了广泛应用。目前，随着科学技术的不断发展，天线的宽带化和小型化已经成为一种趋势。
Vivaldi天线最早是在1979年由Gibson提出，作为一种渐变式、非周期、端射行波天线，理论上具有无限的频带宽度，然而Vivaldi天线的带宽受限于天线的有限尺寸和馈线结构。在低频时，Vivaldi天线采用微带馈电。在高频应用中，微带线的欧姆损耗和辐射损耗导致天线的效率降低。由于使用基片集成波导可以避免辐射损耗，因此基于基片集成波导的Vivaldi天线在过去的几年里已经被广泛的研究。虽然基片集成波导馈电的Vivaldi天线实现了相对较宽的带宽，但基片集成波导馈电限制了Vivaldi天线的带宽，因此需要设计一个基片集成波导馈电的Vivaldi天线。
综上所述，现有技术存在的问题是：在高频应用中，微带线的欧姆损耗和辐射损耗导致天线的效率降低，基片集成波导馈电限制了Vivaldi天线的带宽。
解决上述技术问题的难度：在采用基片集成波导的前提下，如何实现宽带化和小型化，成为至关重要的问题。已有研究通过加脊，降低截止频率，增加带宽和减小尺寸，应用于基片集成波导小型化设计中。
解决上述技术问题的意义：本发明提出一种采用基片集成双脊波导馈电的宽带对拓Vivaldi天线，降低了传统基片集成波导馈电的对拓Vivaldi天线的截止频率，增加了带宽，满足了通信系统小型化的趋势。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线及应用。
本发明是这样实现的，一种基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线，所述基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线设置有：
三层介质基板；
三层介质基板长边两侧分别加载了金属通孔，上层介质基板和下层介质基板中分别加载一个脊；
上层介质基板的上层是金属地板；
中间介质基板两侧加载的是微带-基片集成波导过渡结构和Vivaldi辐射结构；
下层介质基板的下层是金属地板。
进一步，所述微带-基片集成波导过渡结构位于中间介质基板的上表面，采用梯形过渡结构。
进一步，所述基片集成双脊波导包括三层介质基板长边两侧分别加载的周期性金属通孔、金属地板以及位于上层介质基板和下层介质基板的两个脊。
进一步，基片集成波导宽度，介质基板两侧金属化通孔中心间距为7mm,y轴方向相邻两个金属化通孔之间的中心距离为0.82mm；脊宽，即脊两侧金属化通孔中心间距为2.7mm，y轴方向相邻两个金属化通孔之间的中心距离为0.78mm。所有金属化通孔直径均为0.5mm。
进一步，所述脊包括长边的两排周期性金属通孔，始末两端的两排金属通孔以及金属通孔下方或上方连接的金属贴片。
进一步，所述辐射结构包括位于中间介质基板上下两侧关于介质基板中心对称的椭圆金属贴片和从双脊基片集成波导到椭圆金属贴片的渐变过渡结构。
进一步，三层介质基板厚度相同，上下两个脊的高度均与单层介质基板厚度相同；上下两层介质基板左侧分别有两个对称的半圆柱。
进一步，三层介质基板均采用相对介电常数为2.2的Rogers RT/Duroid5880介质基板，其损耗正切为0.0009，单层介质基板厚度为0.787mm；上层介质基板和下层介质基板长度为9.4mm，宽度为10mm，基板左侧两个对称的两个半圆柱半径为0.4mm；
中间介质基板长度为22.9mm，宽度为10mm；微带线长度为2mm，宽度2.5mm，微带线锥形过渡长度为3mm，右端宽度3.5mm。
进一步，天线辐射部分的椭圆贴片圆心为(7.5mm，20.1mm)，长轴半径为2.64mm，短轴半径为2.4mm；渐变结构由过A点(6.6mm，14.1mm)与椭圆相切的直线和经过B(3mm，14.1mm)、C(3.3,16.3)、D(2.5,17.6)点的曲线围成。
本发明的另一目的在于提供一种所述基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线的无线通信系统。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明包括三层介质基板、金属地平面、馈电结构和Vivaldi天线；金属地平面位于上层介质基板上方和下层介质基板下方；微带馈电；微带到基片集成双脊波导过渡；基片集成双脊波导；基片集成双脊波导馈电vivaldi天线。本发明实现了截止频率的降低和带宽的增加。由于脊的插入，基片集成双脊波导的截止频率比传统基片集成波导要低得多。由于Vivaldi天线具有固有的宽带宽，基片集成双脊波导馈电的Vivaldi天线与传统基片集成波导馈电的Vivaldi天线相比，具有明显的低截止频率和宽带宽的优点。本发明基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线在截止频率下的电尺寸比传统基片集成波导馈电的Vivaldi天线要小，成功地实现了Vivaldi天线的小型化。本发明公开的采用基片集成双脊波导馈电的宽带对拓Vivaldi天线，其|S11|≤10dB的带宽范围为11.22GHz到40GHz，覆盖Ku、K和Ka频段，且在工作频段的增益为2.15-5.75dB。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线的结构示意图；
图中：1、上层介质基板；2、中层介质基板；3、下层介质基板；4、下层金属地板；5、下层金属贴片；6、上层贴片；7、上层金属地板；8、金属化通孔；9、微带-基片集成双脊波导过渡；10、脊；11、Vivaldi天线辐射部分。
图2是本发明实施例提供的反射系数特性曲线示意图。
图3是本发明实施例提供的工作在15GHz频点的XOY面归一化辐射方向示意图。
图4是本发明实施例提供的工作在15GHz频点的XOZ面归一化辐射方向示意图。
图5是本发明实施例提供的工作在15GHz频点的YOZ面归一化辐射方向示意图。
图6是本发明实施例提供的工作在23GHz频点的XOY面归一化辐射方向示意图。
图7是本发明实施例提供的工作在23GHz频点的XOZ面归一化辐射方向示意图。
图8是本发明实施例提供的工作在23GHz频点的YOZ面归一化辐射方向示意图。
图9是本发明实施例提供的工作在33GHz频点的XOY面归一化辐射方向示意图。
图10是本发明实施例提供的工作在33GHz频点的XOZ面归一化辐射方向示意图。
图11是本发明实施例提供的工作在33GHz频点的YOZ面归一化辐射方向示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线包括：金属地平面、馈电结构、天线和介质基板；位于介质基板1上层的是金属地平面7；位于介质基板2上层的是金属贴片6；金属贴片6包括微带-基片集成双脊波导过渡9、介质基板1中脊10的金属条带和Vivaldi天线辐射结构11的一臂；位于介质基板2下层的是金属贴片5；金属贴片5包括微带的金属地板、介质基板2中脊10的金属条带和Vivaldi天线辐射11结构的另一臂；位于介质基板3下层的是金属地平面4；三层介质基板两侧的周期性金属通孔8上下一一对应，中心位置重合；两个脊分别由上下两层介质基板中间两排金属化通孔、左右各两个金属化通孔及相对应的金属条带构成；天线的辐射结构由一段渐变结构和椭圆贴片构成，辐射结构关于中心对称。
本发明信号通过特性阻抗为50欧姆的微带线输入，经过微带-基片集成双脊波导渐变结构输入到基片集成双脊波导上，基片集成双脊波导再将信号输入到天线的辐射结构，由天线辐射出去。
本发明中三层介质基板均采用相对介电常数为2.2的Rogers RT/Duroid5880介质基板，其损耗正切为0.0009，单层介质基板厚度为0.787mm。介质基板1和介质基板3大小相同，长度为9.4mm，宽度为10mm，基板左侧两个对称的两个半圆柱半径为0.4mm。介质基板2长度为22.9mm，宽度为10mm。微带线长度为2mm，宽度2.5mm，微带线锥形过渡长度为3mm，右端宽度3.5mm。基片集成波导宽度，即介质基板两侧金属化通孔中心间距为7mm,y轴方向相邻两个金属化通孔之间的中心距离为0.82mm。脊宽，即脊两侧金属化通孔中心间距为2.7mm，y轴方向相邻两个金属化通孔之间的中心距离为0.78mm。所有金属化通孔直径均为0.5mm。天线辐射部分的椭圆贴片圆心为(7.5mm，20.1mm)，长轴半径为2.64mm，短轴半径为2.4mm。渐变结构由过A点(6.6mm，14.1mm)与椭圆相切的直线和经过B(3mm，14.1mm)、C(3.3,16.3)、D(2.5,17.6)点的曲线围成。
下面结合附图对本发明的技术效果作详细的描述。
图2为本发明具体实施例基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线和基片集成波导馈电的对拓Vivaldi天线的反射系数特性曲线对比图。从图2可以看出，本发明具体实施例的工作频带(反射系数小于-10dB)分别为11.22GHz-40GHz，相对带宽为112.38％，覆盖Ku,K和Ka工作频带。此外，采用基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线的截止频率比传统基片集成波导馈电的对拓Vivaldi天线低5.78GHz(34％)，表明基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线成功地降低了截止频率，增加了带宽。
图3-图11分别为本发明具体实施例的15GHz、23GHz和33GHz的XOY、XOZ、YOZ面的归一化方向图。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线，其特征在于，所述基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线设置有：
三层介质基板；
三层介质基板长边两侧分别加载了金属通孔，上层介质基板和下层介质基板中分别加载一个脊；
上层介质基板的上层是金属地板；
中间介质基板两侧加载的是微带-基片集成波导过渡结构和Vivaldi辐射结构；
下层介质基板的下层是金属地板。
2.如权利要求1所述的基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线，其特征在于，所述微带-基片集成波导过渡结构位于中间介质基板的上表面，采用梯形过渡结构。
3.如权利要求2所述的基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线，其特征在于，所述基片集成双脊波导包括三层介质基板长边两侧分别加载的周期性金属通孔、金属地板以及位于上层介质基板和下层介质基板的两个脊。
4.如权利要求3所述的基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线，其特征在于，基片集成波导宽度，即介质基板两侧金属化通孔中心间距为7mm，y轴方向相邻两个金属化通孔之间的中心距离为0.82mm；脊宽，即脊两侧金属化通孔中心间距为2.7mm，y轴方向相邻两个金属化通孔之间的中心距离为0.78mm，所有金属化通孔直径均为0.5mm。
5.如权利要求3所述的基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线，其特征在于，所述脊包括长边的两排周期性金属通孔，始末两端的两排金属通孔以及金属通孔下方或上方连接的金属贴片。
6.如权利要求1所述的基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线，其特征在于，所述辐射结构包括位于中间介质基板上下两侧关于介质基板中心对称的椭圆金属贴片和从双脊基片集成波导到椭圆金属贴片的渐变过渡结构。
7.如权利要求1所述的基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线，其特征在于，三层介质基板厚度相同，上下两个脊的高度均与单层介质基板厚度相同；上下两层介质基板左侧分别有两个对称的半圆柱。
8.如权利要求1所述的基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线，其特征在于，三层介质基板均采用相对介电常数为2.2的Rogers RT/Duroid5880介质基板，其损耗正切为0.0009，单层介质基板厚度为0.787mm；上层介质基板和下层介质基板长度为9.4mm，宽度为10mm，基板左侧两个对称的两个半圆柱半径为0.4mm；中间介质基板长度为22.9mm，宽度为10mm；微带线长度为2mm，宽度2.5mm，微带线锥形过渡长度为3mm，右端宽度3.5mm。
9.如权利要求1所述的基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线，其特征在于，天线辐射部分的椭圆贴片圆心为(7.5mm，20.1mm)，长轴半径为2.64mm，短轴半径为2.4mm；渐变结构由过A点(6.6mm，14.1mm)与椭圆相切的直线和经过B(3mm，14.1mm)、C(3.3,16.3)、D(2.5,17.6)点的曲线围成。
10.一种如权利要求1～9任意一项所述基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线的无线通信系统。
CN201911218933.7A 2019-12-03 2019-12-03 基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线及应用 Pending CN111009730A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911218933.7A CN111009730A (zh) 2019-12-03 2019-12-03 基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911218933.7A CN111009730A (zh) 2019-12-03 2019-12-03 基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线及应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111009730A true CN111009730A (zh) 2020-04-14

Family

ID=70112631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911218933.7A Pending CN111009730A (zh) 2019-12-03 2019-12-03 基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111009730A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115621738A (zh) * 2022-12-19 2023-01-17 西安电子科技大学 一种微波天线馈源结构及微波天线系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050078043A1 (en) * 2003-10-14 2005-04-14 Apostolos John T. Gapless concatenated vivaldi notch/meander line loaded antennas
CN102810704A (zh) * 2012-08-06 2012-12-05 哈尔滨工业大学 一种平衡微带线过渡的全模双脊基片集成波导
CN102904011A (zh) * 2012-10-30 2013-01-30 哈尔滨工业大学 平衡微带线过渡全模双脊集成波导馈电对称振子印刷天线
CN104852131A (zh) * 2015-03-26 2015-08-19 同济大学 一种反对称Vivaldi探地雷达天线
CN106450731A (zh) * 2016-11-03 2017-02-22 云南大学 加载开槽介质板的宽带高增益Vivaldi天线
WO2018078466A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 Huawei Technologies Canada Co., Ltd. Single-layered end-fire circularly polarized substrate integrated waveguide horn antenna
WO2018208196A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) A broadband antenna
CN208923351U (zh) * 2018-11-19 2019-05-31 中国电子科技集团公司第十四研究所 介质集成波导渐变槽天线

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050078043A1 (en) * 2003-10-14 2005-04-14 Apostolos John T. Gapless concatenated vivaldi notch/meander line loaded antennas
CN102810704A (zh) * 2012-08-06 2012-12-05 哈尔滨工业大学 一种平衡微带线过渡的全模双脊基片集成波导
CN102904011A (zh) * 2012-10-30 2013-01-30 哈尔滨工业大学 平衡微带线过渡全模双脊集成波导馈电对称振子印刷天线
CN104852131A (zh) * 2015-03-26 2015-08-19 同济大学 一种反对称Vivaldi探地雷达天线
WO2018078466A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 Huawei Technologies Canada Co., Ltd. Single-layered end-fire circularly polarized substrate integrated waveguide horn antenna
CN106450731A (zh) * 2016-11-03 2017-02-22 云南大学 加载开槽介质板的宽带高增益Vivaldi天线
WO2018208196A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) A broadband antenna
CN208923351U (zh) * 2018-11-19 2019-05-31 中国电子科技集团公司第十四研究所 介质集成波导渐变槽天线

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AMIRMIRBEIK-SABZEVARI: "W-Band Micromachined Antipodal Vivaldi Antenna Using SIW and CPW Structures", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *
刘学观: "《微波技术与天线》", 15 August 2016 *
李斌: "基于基片集成波导技术的毫米波超宽带Vivaldi阵列天线研究", 《2009年全国天线年会论文集》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115621738A (zh) * 2022-12-19 2023-01-17 西安电子科技大学 一种微波天线馈源结构及微波天线系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4400929B2 (ja) 極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ
CN108767451B (zh) 基于sspp结构的方向图可重构的宽角扫描天线
US5070340A (en) Broadband microstrip-fed antenna
CN109546348B (zh) 一种新型小型化宽带sw-siw喇叭天线及其设计方法
US20230130741A1 (en) Circuit Integrated Antenna
US11456526B2 (en) Antenna unit, antenna system and electronic device
CN114725669A (zh) 一种末端弯折的电阻加载小型化对跖Vivaldi天线
CN113506976B (zh) 高增益圆极化天线及无线通信设备
CN111009730A (zh) 基片集成双脊波导馈电的对拓Vivaldi天线及应用
CN109560388A (zh) 基于基片集成波导喇叭的毫米波宽带圆极化天线
CN111180877B (zh) 一种基片集成波导喇叭天线及其控制方法
CN110190393B (zh) 金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线
CN213692344U (zh) 一种双脊喇叭天线
KR100355090B1 (ko) 평면 모노폴형 야기-우다 안테나
CN214313533U (zh) 偶极子天线及通信设备
CN113659343A (zh) 一种超宽带微带天线装置及其超宽带微带天线
CN108054519B (zh) 一种宽带定向毫米波天线
CN110247168B (zh) 介质空气孔加载的高增益渐变槽线天线
CN219917591U (zh) 一种紧凑型紧缩场馈源
CN217009551U (zh) 端射天线及电子设备
CN215579072U (zh) 基于csiw技术的共形超宽带h平面喇叭天线
CN114284739B (zh) 一种Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线
CN217334399U (zh) 一种宽频高极化隔离度天线及天线阵列
CN213905596U (zh) 一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线
CN212676455U (zh) 一种电器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200414

RJ01 Rejection of invention patent application after publication