CN116845557B - 一种射频天线与siw耦合器收发匹配的天线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统，涉及天线技术领域，包括顶层铜板、信号传输层、底层铜板，信号传输层夹设在顶层铜板与底层铜板之间，信号传输层上设置有SIW耦合器，SIW耦合器具有平衡端口、发射端口、天线端口、接收端口，相邻端口之间的夹角为60°，信号传输层上自中心位置向每一个端口的末端延伸出两排均匀线状分布的金属过孔，接收端口、发射端口和平衡端口处的顶层铜板上设置有微带传输线，微带传输线通过梯形阻抗匹配器与顶层铜板相连接，天线端口处的顶层铜板上设置有射频天线。本发明采用上述结构的一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统，采用SIW隔离方法提高天线收发隔离度，增加信噪比，提高稳定性。

Description

一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统。
背景技术
近年来，雷达物位测量技术广泛应用于石油、化工、建筑、矿山等工业生产领域，对于提高产品质量，优化过程控制，实现环境保护具有十分重要的意义。随着自动化进程的加快，各大相关企业对物位计仪表的需求不断提高。雷达液位物位测量多为天线式雷达物位计，具有测量精度高、可以满足大型罐体使用、安装灵活、可维护性好等诸多优点，因此在工业生产中得到大范围的应用。其中以调频连续波(Frequency Modulation ContinuousWave，简称FMCW)雷达应用技术最为广泛。相对于脉冲雷达系统，调频连续波雷达由于不存在距离盲区、接收灵敏度高、抗干扰能力强、分辨率高、功率要求小、结构简单等特点而越来越受到重视。而FMCW雷达物位计也对天线系统有更高的要求，要求系统具有宽频带和以及高增益低旁瓣等要求，现有的雷达测试系统天线由于采用微带天线的方案，具有隔离度低，噪声大，稳定性不高的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统，采用SIW隔离方法提高天线收发隔离度，增加信噪比，提高稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统，包括顶层铜板、信号传输层、底层铜板，信号传输层夹设在顶层铜板与底层铜板之间，底层铜板与信号传输层具有相同的外轮廓，信号传输层上设置有SIW耦合器，SIW耦合器具有平衡端口、发射端口、天线端口、接收端口，相邻端口之间的夹角为60°，信号传输层上自中心位置向每一个端口的末端延伸出两排均匀线状分布的金属过孔，接收端口、发射端口和平衡端口处的顶层铜板上设置有微带传输线，微带传输线通过梯形阻抗匹配器与顶层铜板相连接，天线端口处的顶层铜板上设置有射频天线。
优选的，每一个端口的两排金属过孔与底层铜板、顶层铜板之间的空间构成矩形金属腔体，射频天线下方周围的信号传输层上设置有若干金属过孔构成的圆形金属腔体，圆形金属腔体与位于天线端口中的矩形金属腔体连通。
优选的，信号传输层的中心位置设置有若干金属过孔构成的内圆周结构和外圆周结构，内圆周结构和外圆周结构之间构成环形金属腔体，环形金属腔体与周围的矩形金属腔体联通。
优选的，射频天线的形式包括微带天线和探针天线。
优选的，SIW耦合器的相位响应为0°或180°。
因此，本发明采用上述结构的一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统，通过位于中部的环形金属腔体与周围的矩形金属腔体以及圆形金属腔体构成信号收发的通道，实现能量功分及发射端口与接收端口的信号隔离，从而增加信噪比，提高稳定性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的结构俯视图；
图3为本发明实施例的接收端口和发射端口隔离度的全波电磁仿真结果；
图4为本发明实施例的四个端口的反射系数全波电磁仿真结果。
附图标记
1、顶层铜板；2、信号传输层；3、底层铜板；4、金属过孔；5、平衡端口；6、发射端口；7、接收端口；8、天线端口；9、射频天线；10、环形金属腔体；11、矩形金属腔体；12、圆形金属腔体；13、梯形阻抗匹配器；14、微带传输线。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例
如图1和图2所示，一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统，包括顶层铜板1、信号传输层2、底层铜板3，信号传输层2夹设在顶层铜板1与底层铜板3之间，底层铜板3与信号传输层2具有相同的外轮廓，顶层铜板1略小于信号传输层2。
信号传输层2上设置有SIW耦合器，SIW耦合器具有平衡端口5、发射端口6、天线端口8、接收端口7，相邻端口之间的夹角为60°，各端口的位置不受限制。信号传输层2上自中心位置向每一个端口的末端延伸出两排均匀线状分布的金属过孔4，每一个端口的两排金属过孔4与底层铜板3、顶层铜板1之间的空间构成矩形金属腔体11，作为信号收发的通道。
接收端口7、发射端口6和平衡端口5处的顶层铜板1上设置有向外突出的微带传输线14，微带传输线14的肩部通过梯形阻抗匹配器13与顶层铜板1相连接，用于实现50欧姆微带传输线14与SIW耦合器的阻抗匹配。
天线端口8处的顶层铜板1上设置有射频天线9，射频天线9的周围镂空，射频天线9的形式包括微带天线和探针天线。
射频天线9下方周围的信号传输层2上设置有若干金属过孔4构成的圆形金属腔体12，圆形金属腔体12与位于天线端口8中的矩形金属腔体11连通。信号传输层2的中心位置设置有若干金属过孔4构成的内圆周结构和外圆周结构，内圆周结构和外圆周结构之间构成环形金属腔体10，环形金属腔体10与周围的矩形金属腔体11联通。环形金属腔体10作为信号收发的中心，金属过孔4将周围的矩形金属腔体11分隔开。
其运行原理如下：通过发射端口6与芯片的发射引脚相连接，将芯片的发射信号传输到环形金属腔体10，进一步通过射频天线9发射出去；射频天线9用于将芯片的发射信号耦合到波导喇叭中，同时接收反射信号，经环形金属腔体10发送到接收端口7；接收端口7与芯片的接收引脚相连，将射频天线9接收到的信号发送至芯片；平衡端口5与阻抗匹配电阻相连，维持系统阻抗匹配。
对本发明的天线收发系统做隔离度和反射系数的全波电磁仿真。FMCW雷达物位计的所需带宽为76-81GHz。如图3所示，信号通道之间的隔离度在所需带宽内能够达到-20dB以下，最小可以达到-45dB，可以达到FMCW雷达物位计要求的在所需带宽内达到-20dB以下的标准，证明该天线系统具有良好的隔离度。
如图4所示，对四个端口的反射系数进行仿真，S11代表天线端口8，S22代表接收端口7，S33代表发射端口6，S44代表平衡端口5。所有端口的反射系数在所需带宽内均为-10dB以下。良好的反射系数可以减少在端口处的回波反射，降低系统噪声，提高信噪比。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统，其特征在于：包括顶层铜板、信号传输层、底层铜板，信号传输层夹设在顶层铜板与底层铜板之间，底层铜板与信号传输层具有相同的外轮廓，信号传输层上设置有SIW耦合器，SIW耦合器具有平衡端口、发射端口、天线端口、接收端口，相邻端口之间的夹角为60°，信号传输层上自中心位置向每一个端口的末端延伸出两排均匀线状分布的金属过孔，接收端口、发射端口和平衡端口处的顶层铜板上设置有微带传输线，微带传输线通过梯形阻抗匹配器与顶层铜板相连接，天线端口处的顶层铜板上设置有射频天线。
2.根据权利要求1所述的一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统，其特征在于：每一个端口的两排金属过孔与底层铜板、顶层铜板之间的空间构成矩形金属腔体，射频天线下方周围的信号传输层上设置有若干金属过孔构成的圆形金属腔体，圆形金属腔体与位于天线端口中的矩形金属腔体连通。
3.根据权利要求2所述的一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统，其特征在于：信号传输层的中心位置设置有若干金属过孔构成的内圆周结构和外圆周结构，内圆周结构和外圆周结构之间构成环形金属腔体，环形金属腔体与周围的矩形金属腔体联通。
4.根据权利要求1所述的一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统，其特征在于：射频天线的形式包括微带天线和探针天线。
5.根据权利要求1所述的一种射频天线与SIW耦合器收发匹配的天线系统，其特征在于：SIW耦合器的相位响应为0°或180°。
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