CN112054297B - 一种基于te50模的高增益基片集成漏波天线 - Google Patents

一种基于te50模的高增益基片集成漏波天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，包括介质基板、上层金属板、金属地板；所述的金属地板设置在介质基板的底部；所述的上层金属板设置在介质基板的顶部；所述的上层金属板上设有三条并列的矩形缝隙阵列；所述的矩形缝隙阵列从上层金属板的一端分布到上层金属板的另一端；所述的介质基板的两侧各设有一列短路过孔，所述的短路过孔向上贯穿于所述的上层金属板、向下贯穿于所述的金属板；所述的短路过孔从上层金属的一端分布到上层金属的另一端；且所述的短路过孔位于两边的矩形缝隙阵列的外侧；所述的上层金属板的两端设有微带线，用于进行馈电。本发明具有低剖面，高增益的优点，且波束能能够扫描至端射。

Description

一种基于TE50模的高增益基片集成漏波天线
技术领域
本发明涉及通讯天线技术领域，更具体的，涉及一种基于TE50模的高增益基片集成漏波天线。
背景技术
基片集成漏波天线具有低剖面、易加工以及频率扫描特性成为了研究的热门。现阶段大部分的基片集成漏波天线工作于TE10模。基于TE10模的横向槽基片集成漏波天线是准均匀漏波天线，因此波束能从接近边射方向扫描至端射方向，有馈电简单，低剖面，且能够扫描至端射等特性，但在未扫描至端射时的增益较低。
现有的基于TE20模的基片集成周期漏波天线的波束能够从后向扫描至前向，用于提高天线的辐射性能；而基于TE20模纵向槽的基片集成漏波天线，由于TE20模场分布的奇对称性，纵向槽能够有效的抑制天线的交叉极化。然而现有技术的天线都不能实现端射方向的辐射。
因此，设计一种低剖面，高增益，易加工的横向槽基片集成漏波天线具有实际价值。
发明内容
本发明为了解决以上现有技术无法同时满足低剖面、高增益、能实现将波束扫描至端射的问题，提供了一种基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，其具有低剖面，高增益的优点，且波束能能够扫描至端射。
为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，包括介质基板、上层金属板、金属地板；
所述的金属地板设置在介质基板的底部；
所述的上层金属板设置在介质基板的顶部；
所述的上层金属板上设有三条并列的矩形缝隙阵列；所述的矩形缝隙阵列从上层金属板的一端分布到上层金属板的另一端；
所述的介质基板的两侧各设有一列短路过孔，所述的短路过孔向上贯穿于所述的上层金属板、向下贯穿于所述的金属板；
所述的短路过孔从上层金属的一端分布到上层金属的另一端；且所述的短路过孔位于两边的矩形缝隙阵列的外侧；
所述的上层金属板的两端设有微带线，用于进行馈电。
优选地，所述的短路过孔的内部镀有金属层。
进一步地，所述的短路过孔之间等间距设置，形成等距腔体。
再进一步地，所述的短路过孔的直径d为1mm，相邻两个短路过孔的间隔s 为1.5mm
再进一步地，所述的介质基板的长度Lg为321.5mm，宽度Wg为60mm，厚度h为1mm。
再进一步地，所述的介质基板的介电常数为2.12，损耗角正切为0.0009。
再进一步地，所述的上层金属板的长度为301.5mm，宽度为60mm；所述的金属地板的尺寸与介质基板的尺寸一致。
再进一步地，三条并列的矩形缝隙阵列分别记为第一矩形缝隙阵列、第二矩形缝隙阵列、第三矩形缝隙阵列；
所述的第一矩形缝隙阵列、第三矩形缝隙阵列关于第二矩形缝隙阵列对称；
所述的短路过孔分别位于第一矩形缝隙阵列、第二矩形缝隙阵列的外侧
所述的第一矩形缝隙阵列、第二矩形缝隙阵列、第三矩形缝隙阵列均包括若干个横向槽，所述的横向槽等间距设置；
其中第一矩形缝隙阵列两端前三个横向槽的长度相同，且大于中间部分的长度；
第三矩形缝隙阵列两端的前三个横向槽的长度相同，且大于中间部分的长度；
第二矩形缝隙阵列两端的前两行均两个并列的横向槽组成，第三行的横向槽的两端与两个并列的横向槽的两端相互平行。
再进一步地，所述的横向槽的宽度W为0.5mm；相邻两个横向槽的间距 3mm。
再进一步地，所述的微带线的长度为10mm，宽度为2.9mm。
本发明的有益效果如下：
相比于现有的TE10模的横向缝隙漏波天线，本发明能够在保持低剖面且能够辐射到端射方向等特性的同时，在波束扫描时，即天线从边射扫描至端射时，增益提高。
附图说明
图1是实施例1所述的漏波天线的立体图。
图2是实施例1所述的漏波天线的俯视图。
图3是图2的中间部分的漏波天线的放大图。
图4是图1的横截面结构图。
图5是实施例1的反射系数和传播系数图。
图6是实施例1的峰值增益与TE10和TE30模天线的峰值增益的对比图。
图7是漏波天线工作在11GHz、phi＝0°的滚动角平面上的辐射方向图。
图8是漏波天线工作在11.8GHz、phi＝0°的滚动角平面上的辐射方向图。
图9是漏波天线工作在12.1GHZ、phi＝0°的滚动角平面上的辐射方向。
图10是漏波天线工作在12.35GHz，phi＝0°的滚动角平面上的辐射方向图。
图中，1-介质基板、2-上层金属板、3-横向槽、4-微带线、5-短路过孔、6- 金属地板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。
实施例1
如图1、图2、图3、图4所示，一种基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，包括介质基板1、上层金属板2、金属地板6；
所述的金属地板6设置在介质基板1的底部；
所述的上层金属板2设置在介质基板1的顶部；
所述的上层金属板2上设有三条并列的矩形缝隙阵列；所述的矩形缝隙阵列从上层金属板2的一端分布到上层金属板2的另一端；
所述的介质基板1的两侧各设有一列短路过孔5，所述的短路过孔5向上贯穿于所述的上层金属板2、向下贯穿于所述的金属板6；
所述的短路过孔5从上层金属板2的一端分布到上层金属板2的另一端；且所述的短路过孔5位于两边的矩形缝隙阵列的外侧；
所述的上层金属板2的两端设有微带线4，用于进行馈电。
本实施例所述的漏波天线的工作原理：
本实施例通过利用磁场积分法分析可以发现，本实施例产生了漏波模，波导模以及表面波模，其中，表面波模用于端射辐射，而漏波模用于波束扫描，在低频段，漏波模与表面波模共存。而本实施例通过增大天线的宽度从而激励更高次的模，使天线在波束扫描时增益更大。本实施例利用短路过孔形成SIW腔体，方便加工。
为了达到低剖面、易集成的效果，微带线4、上层金属板2、横向槽3同为一平面，且与金属地板6均为平面结构，都紧贴所述的介质基板1。
在一个具体的实施例中，所述的短路过孔5的内部镀有金属层，本实施例优先地在短路过孔5的内壁镀有铜层，也可以镀有其他金属层，如银等。
在一个具体的实施例中，所述的短路过孔5之间等间距设置，形成等距腔体。所述的短路过孔5的直径d为1mm，相邻两个短路过孔5的间隔s为1.5mm；位于介质基板1两侧之间的短路过孔5的间距为50.7mm。
在一个具体的实施例中，所述的介质基板1的长度Lg为321.5mm，宽度Wg为60mm，厚度h为1mm。所述的介质基板1的介电常数为2.12，损耗角正切为 0.0009。所述的介质基板1为固体电介质。
在一个具体的实施例中，所述的上层金属板2的长度为301.5mm，宽度为 60mm；所述的金属地板6的尺寸与介质基板1的尺寸一致。
在一个具体的实施例中，如图1、图2所示，三条并列的矩形缝隙阵列分别记为第一矩形缝隙阵列、第二矩形缝隙阵列、第三矩形缝隙阵列；
所述的第一矩形缝隙阵列、第三矩形缝隙阵列关于第二矩形缝隙阵列对称；
所述的短路过孔5分别位于第一矩形缝隙阵列、第二矩形缝隙阵列的外侧
所述的第一矩形缝隙阵列、第二矩形缝隙阵列、第三矩形缝隙阵列均包括若干个横向槽3，所述的横向槽3等间距设置；
其中第一矩形缝隙阵列两端前三个横向槽3的长度相同，且大于中间部分的长度；
第三矩形缝隙阵列两端的前三个横向槽3的长度相同，且大于中间部分的长度；
第二矩形缝隙阵列两端的前两行均两个并列的横向槽3组成，第三行的横向槽3的两端与两个并列的横向槽3的两端相互平行。
所述的横向槽3的宽度W为0.5mm；相邻两个横向槽3的间距3mm。所述的第一矩形缝隙阵列、第二矩形缝隙阵列、第三矩形缝隙阵列的中间部分的横向槽3的长度为L为7mm。所述的第一矩形缝隙阵列、第二矩形缝隙阵列、第三矩形缝隙阵列之间的间距为20mm。
在一个具体的实施例中，所述的微带线4的长度为10mm，宽度为2.9mm。
本实施例所述的高增益基片集成漏波天线结构简单，介质基板顶部的上层金属板，微天线、短路过孔、矩形缝隙阵列组成的漏波天线可以直接采用印刷电路板技术制作而成。
图5是本实施例的反射系数和传播系数图，从图5中可以看出测量的结果和电磁仿真(ANSYS HFSS)的结果比较吻合，且实测的反射系数在 10.3GHz-12.3GHz时，|S11|<-10dB。
图6是本实施例的峰值增益与TE10模和TE30模天线的峰值增益的对比图，从图6可以看出，与TE10模的天线相比，在频率扫描时，TE50模的天线的增益能够提高8dB；与TE30模的天线相比，在频率扫描时，TE50模的天线的增益能够提高3dB，而这三类天线在端射时增益接近。
图7-图10是本实施例分别工作在10.45GHz，11GHz,11.8GHZ,12.1GHz的辐射方向图。从图中方向图可以看出，该天线能够从接近边射方向逐渐扫描至端射，测量的结果和电磁仿真(ANSYS HFSS)的结果比较吻合。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：包括介质基板、上层金属板、金属地板；
所述的金属地板设置在介质基板的底部；
所述的上层金属板设置在介质基板的顶部；
所述的上层金属板上设有三条并列的矩形缝隙阵列；所述的矩形缝隙阵列从上层金属板的一端分布到上层金属板的另一端；
所述的介质基板的两侧各设有一列短路过孔，所述的短路过孔向上贯穿于所述的上层金属板、向下贯穿于所述的金属地板；
所述的短路过孔从上层金属板的一端分布到上层金属板的另一端；且所述的短路过孔位于两边的矩形缝隙阵列的外侧；
所述的上层金属板的两端设有微带线，用于进行馈电；
三条并列的矩形缝隙阵列分别记为第一矩形缝隙阵列、第二矩形缝隙阵列、第三矩形缝隙阵列；
所述的第一矩形缝隙阵列、第三矩形缝隙阵列关于第二矩形缝隙阵列对称；
所述的短路过孔分别位于第一矩形缝隙阵列、第三矩形缝隙阵列的外侧；
所述的第一矩形缝隙阵列、第二矩形缝隙阵列、第三矩形缝隙阵列均包括若干个横向槽，所述的横向槽等间距设置；
其中第一矩形缝隙阵列两端前三个横向槽的长度相同，且大于中间部分的长度；
第三矩形缝隙阵列两端的前三个横向槽的长度相同，且大于中间部分的长度；
第二矩形缝隙阵列两端的前两行均由两个并列的横向槽组成，第三行的横向槽的两端与两个并列的横向槽的两端相互平行；
横向槽在上层金属板上的延伸方向与矩形缝隙阵列在上层金属板上的延伸方向垂直。
2.根据权利要求1所述的基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的短路过孔的内部镀有金属层。
3.根据权利要求2所述的基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的短路过孔之间等间距设置，形成等距腔体。
4.根据权利要求3所述的基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的短路过孔的直径d为1mm，相邻两个短路过孔的间隔s为1.5mm。
5.根据权利要求1所述的基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的介质基板的长度Lg为321.5mm，宽度Wg为60mm，厚度h为1mm。
6.根据权利要求5所述的基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的介质基板的介电常数为2.12，损耗角正切为0.0009。
7.根据权利要求1所述的基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的上层金属板的长度为301.5mm，宽度为60mm；所述的金属地板的尺寸与介质基板的尺寸一致。
8.根据权利要求7所述的基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的横向槽的宽度W为0.5mm；相邻两个横向槽的间距3mm。
9.根据权利要求1所述的基于TE50模的高增益基片集成漏波天线，其特征在于：所述的微带线的长度为10mm，宽度为2.9mm。
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