CN1700515A - 平衡馈电式宽带基片集成波导缝隙阵列天线单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于通讯系统的平衡馈电式宽带基片集成波导缝隙阵列天线单元，包括介质基片，在介质基片的顶面上设有金属贴片，在介质基片的地面上设有金属贴片，在介质基片上设有基片集成波导，在顶面上的金属贴片上设有辐射缝，辐射缝位于基片集成波导的内部区域且分列于基片集成波导的中心线两侧，在基片集成波导的两端分别设有馈电点，上述基片集成波导由设在介质基片上的2行金属化通孔构成，该金属化通孔的两端分别与顶面上的金属贴片及地面上的金属贴片连接；本发明具有体积小、重量轻、高Q值、低损耗、低成本、工作带宽宽、单元增益高、易于集成的微波毫米波天线，适合于微波毫米波集成电路的优点。

Description

平衡馈电式宽带基片集成波导缝隙阵列天线单元
技术领域
本发明涉及一种在通讯系统中使用的宽带天线，尤其涉及一种平衡馈电式宽带基片集成波导缝隙阵列天线单元。
背景技术
微波毫米波天线在现代通信系统中得到了大量广泛的应用。作为通信系统的一个必不可少的部件，现代通信系统对微波毫米波天线提出了很高的要求。首先它应当具有较高的增益和较好的方向性；其次天线能够很方便的集成到其它系统电路之中；第三天线的尺寸要小，重量要轻，加工的成本要低，从而能够使用于大规模的商业化生产。另外，由于很多通信系统具有较宽的工作频带，因此需要天线具有较宽的带宽。利用传统的矩形金属波导，能够实现高性能的微波毫米波天线。但是这类天线对加工的精度要求很高，特别是毫米波波段，天线的加工精度很难控制，这从而又直接影响了天线的性能。另一方面，这类天线很难集成。它需要一些比较复杂精密的转换机构才能将天线和系统电路无隙的结合在一起。另外，当天线的开槽数目较多且所需天线单元阵列增益较高时，传统的矩形金属波导宽边纵向缝隙阵列天线只能在窄带工作。以上原因直接决定了，传统的矩形金属波导天线加工成本比较昂贵，难以直接实现天线与系统之间的无隙集成，不适合于宽带通信系统。常用的基片集成波导缝隙阵列天线的带宽和基片集成波导的厚度密切相关，当基片集成波导的厚度较厚时可以有较宽的工作带宽，但是当基片集成波导的厚度很薄时，利用常规的基片集成波导缝隙阵列天线设计技术很难设计出宽带宽和高增益的天线。当微波毫米波电路工作于较高频率(大于10GHz)时，如果使用较厚的介质基片将会大大地增加电路系统的损耗，影响电路的性能，所以在高频微波毫米波电路的设计中只能使用较薄的介质基片，从而导致了在同一块介质基片上的基片集成波导具有很薄的厚度，因此利用常用基片集成波导缝隙阵列天线难以获得宽带宽和高增益，从而难以满足通信系统的要求。
发明内容
本发明提供一种能够拓宽工作频带带宽的平衡馈电式宽带基片集成波导缝隙阵列天线单元，具有体积小、重量轻、高Q值、低损耗、低成本、工作带宽宽、单元增益高、易于集成的微波毫米波天线，适合于微波毫米波集成电路的优点。
本发明采用如下技术方案：
一种用于通讯系统的平衡馈电式宽带基片集成波导缝隙阵列天线单元，包括介质基片，在介质基片的顶面上设有金属贴片，在介质基片的地面上设有金属贴片，在介质基片上设有基片集成波导，在顶面上的金属贴片上设有辐射缝，辐射缝位于基片集成波导的内部区域且分列于基片集成波导的中心线两侧，在基片集成波导的两端分别设有馈电点，上述基片集成波导由设在介质基片上的2行金属化通孔构成，该金属化通孔的两端分别与顶面上的金属贴片及地面上的金属贴片连接。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明是利用了基片集成波导具有高Q值、低损耗的特点，首先在介质基片的基础上实现了基片集成波导。这种波导工作具有和矩形金属波导相类似的传输特性和场分布；利用本发明可以在较薄的介质基片上形成宽边缝隙阵列，实现了高增益、较好方向性、较宽带宽的性能。在这种基片集成波导宽带缝隙阵列天线的结构中，基片集成波导结构都是利用在介质基片上打一系列的金属通孔阵列、辐射缝是通过在金属贴片上开缝的方式来实现，从而有利于这种天线在微波毫米波电路设计中的集成；天线性能的实现主要是由宽边缝隙和平衡式馈电来实现；天线阵列的馈电网络可以全部由多路宽带基片集成波导功率分配器来实现，天线从基片集成波导两端同时馈电，利用这种馈电网络形成的平衡馈电宽带基片集成波导缝隙阵列天线结构比较简单，损耗比较小。具体优点如下：
1)这种平衡馈电宽带基片集成波导缝隙阵列天线在微波毫米波电路的设计中易于集成；
2)能够具有较宽的带宽，较小的尺寸，较轻的重量，较好的方向性，较高的增益；
3)这种平衡馈电宽带基片集成波导缝隙阵列天线具有较高的Q值，较低的损耗。
附图说明
图1是本发明结构主视图。
图2是本发明结构俯视图。
图3是本发明金属化通孔结构示意图。
图4是本发明实施例天线阵列的反射系数测试结果。
图5是本发明实施例10.75GHz和11.25GHz时天线阵列的E面辐射方向图测试结果。
图6是本发明实施例10.75GHz和11.25GHz时天线阵列的H面辐射方向图测试结果。
图7是以本发明为结构单元，组合形成的平衡馈电式宽带基片集成波导缝隙阵列天线的结构示意图。
具体实施方式
一种用于通讯系统的平衡馈电式宽带基片集成波导缝隙阵列天线单元，包括介质基片1，在介质基片1的顶面上设有金属贴片2，在介质基片1的地面上设有金属贴片3，在介质基片1上设有基片集成波导4，在顶面上的金属贴片2上设有辐射缝5，辐射缝5位于基片集成波导4的内部区域且分列于基片集成波导4的中心线两侧，在基片集成波导4的两端分别设有馈电点61、62，上述基片集成波导4由设在介质基片1上的2行金属化通孔7构成，该金属化通孔7的两端分别与顶面上的金属贴片2及地面上的金属贴片3连接，在本实施例中，位于基片集成波导4的中心线两侧的辐射缝5在基片集成波导4的中心线上的投影可以相重叠。上述金属化通孔是在介质基片上开设通孔，在通孔壁上设置金属套9并将金属套与覆于介质基片双侧的金属贴片连接起来。
我们在X波段所实现了以上介绍的平衡馈电宽带基片集成波导缝隙阵列天线，用来构成介质集成波导金属通孔的直径为0.4mm，通孔之间的间距为0.8mm，介质基片的相对电介电常数为2.4，该天线为一个16×15平衡馈电宽带基片集成波导缝隙阵列天线(如图7所示)，测试结果如图4、5、6所示。
该天线在10.75GHz时H面辐射方向图具有7.35度的3dB波瓣宽度，它的第一副瓣为-12.15dB。在11.25GHz时该天线E面辐射方向图具有8.35度的3dB波瓣宽度，它的第一副瓣为-11.8dB。在10.75GHz时该天线E面辐射方向图具有8.4度的3dB波瓣宽度，它的第一副瓣为-13.6dB。在11.25GHz时该天线E面辐射方向图具有8.3度的3dB波瓣宽度，它的第一副瓣为-11.8dB。该天线的增益在11.0GHz时约为24dBi。

Claims (2)

1、一种用于通讯系统的平衡馈电式宽带基片集成波导缝隙阵列天线单元，其特征在于包括介质基片(1)，在介质基片(1)的顶面上设有金属贴片(2)，在介质基片(1)的地面上设有金属贴片(3)，在介质基片(1)上设有基片集成波导(4)，在顶面上的金属贴片(2)上设有辐射缝(5)，辐射缝(5)位于基片集成波导(4)的内部区域且分列于基片集成波导(4)的中心线两侧，在基片集成波导(4)的两端分别设有馈电点(61、62)，上述基片集成波导(4)由设在介质基片(1)上的2行金属化通孔(7)构成，该金属化通孔(7)的两端分别与顶面上的金属贴片(2)及地面上的金属贴片(3)连接。
2、根据权利要求1所述的平衡馈电式宽带基片集成波导缝隙阵列天线单元，其特征在于该天线采用了平衡式馈电方式，位于基片集成波导(4)的中心线两侧有辐射缝(5)，不同的缝隙具有不同的长度，它们距基片集成波导中心线有着不同的距离，在基片集成波导(4)的中心线上的投影相重叠。
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