CN201178135Y - 基片集成波导的双频缝隙天线 - Google Patents

Abstract

基片集成波导的双频缝隙阵列天线适合于需要工作在间隔较大的两个频段且对天线体积大小有限制的无线通信系统，该天线制作在一块介质基片上，基片集成波导由第一金属化通孔(41)所围部分为第一波导(I)、由第二金属化通孔(42)所围部分为第二波导(II)、由第三金属化通孔(43)所围部分为第三波导(III)三个部分顺序连接构成，第一波导(I)的末端是第四金属化通孔(5)；在第一波导(I)中的上金属表面中心线的两侧分别设有工作在高频段的第一缝隙阵列(6)，第三波导(III)中的上金属表面中心线上设有工作在低频段的第二缝隙阵列(7)，在第二缝隙阵列(7)的两侧交替的设有一个金属化通孔(8)；第三波导(III)的一端通过一段渐变微带线(3)与直微带线(9)相连。

Description

基片集成波导的双频缝隙天线

所属领域

本实用新型涉及一种工作在双频段的基片集成天线，该天线采用基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide SIW)技术，特别适合于需要工作在间隔较大的两个频段且对天线体积大小有限制的无线通信系统。

背景技术

传统金属矩形波导缝隙阵列天线具有主瓣宽度窄、方向图可以赋形、交叉极化电平低等特点，在雷达和无线通信系统中有着广泛的应用。然而，矩形波导缝隙阵列天线体积较庞大，加工成本高，不适合与现代平面电路集成。为适应系统集成和设备轻量化的要求，人们提出了多种适合平面印刷工艺的天线技术，其中包括各种微带天线和印刷形式的天线。这些技术虽然较好地解决了与电路集成的要求，但也存在着诸如功率容量小、交叉极化电平高等问题。基片集成波导缝隙天线同时具有传统金属矩形波导缝隙天线和平面印刷工艺的天线的优点，能够和现代平面电路集成于同一块介质基片中，可以利用成熟的PCB技术加工，设计成本和生产成本低廉，非常适合大规模生产。

随着个人无线通信技术和无线局域网技术的发展，很多的无线通信系统需要在间隔较大的两个频段内传输信号。如果为了实现双频段工作而采用两副天线，则为了减小它们之间的遮挡和干扰需要加大其安装的间距，这无疑会加大系统占用的空间，而现代无线通信技术要求系统占用的空间越小越好。为此这里提出了一种基于基片集成波导缝隙天线技术的双频天线，这种天线在两个工作频段内辐射特性基本上相互独立。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是提出一种基片集成波导的双频缝隙阵列天线，具有在两个工作频段方向图相互独立，易于组阵实现高增益，交叉极化低、损耗小、体积小、成本低、便于批量生产、易于和平面电路集成等优点。

技术方案：本实用新型的基片集成波导的双频天线具有在两个工作频段方向图相互独立，易于组阵实现高增益，交叉极化低、损耗小、体积小、成本低、便于批量生产、易于和平面电路集成等优点，非常适合用于工作在双频的个人无线通信系统和无线网络接入系统。

本实用新型的基片集成波导的双频缝隙阵列天线制作在一块介质基片上，在介质基片的上表面敷有第一上表面金属贴片、第二上表面金属贴片，下表面敷有第一下表面金属贴片、第二下表面金属贴片和贯穿于上下两层金属面的金属化通孔阵列围成基片集成波导，基片集成波导由第一金属化通孔所围部分为第一波导、由第二金属化通孔所围部分为第二波导、由第三金属化通孔所围部分为第三波导三个部分顺序连接构成，第一波导的末端是第四金属化通孔；在第一波导中的上金属表面中心线的两侧分别设有工作在高频段的第一缝隙阵列，第三波导中的上金属表面中心线上设有工作在低频段的第二缝隙阵列，在第二缝隙阵列的两侧交替的设有一个金属化通孔；第三波导的一端通过一段渐变微带线与直微带线相连。

第一波导和第三波导所对应的介质基片的下表面设有与上表面的第一缝隙阵列、第二缝隙阵列完全对应的第三缝隙阵列、第四缝隙阵列以实现全向天线。

有益效果：本实用新型具有如下优点：

1.这种天线能够工作在两个频段，且两个频段可以间隔很大，同时它们的方向图相互独立。

2.这种天线易于和平面电路集成。因为这种天线阵列完全在介质基片上利用金属通孔实现，全部可以利用PCB工艺生产，成本低、精度高、重复性好，适合大批量生产。

3.这种天线具有较低的损耗，可以实现较高的增益。

附图说明

图1是本实用新型基片集成波导的双频缝隙阵列天线的正面结构示意图。

图2是本实用新型基片集成波导的双频缝隙阵列天线的背面结构示意图。其中图2a为背面开缝组成全向天线的结构示意图；图2b为背面不开缝组成单向天线的结构示意图。

图3是本实用新型实施例天线的结构示意图。其中图3a是正面结构示意图，图3b是背面结构示意图。

图4是本实用新型天线实物反射系数测试结果，

图5是本实用新型天线工作在2.46GHz时E面和H面方向图测试结果，

图6是本实用新型天线工作在3.5GHz时E面和H面方向图测试结果。

以上的图中有：第一上表面金属贴片2、第二上表面金属贴片3，第一下表面金属贴片21、第二下表面金属贴片31、第一金属化通孔41、第一波导I、由第二金属化通孔42、第二波导II、第三金属化通孔43、第三波导III、第四金属化通孔5、第一缝隙阵列6、第二缝隙阵列7、金属化通孔8、直微带线9。

具体实施方式

本实用新型的双频天线是一种基片集成波导双频全向缝隙天线，该天线制作在一块介质基片上，在介质基片的上表面敷有第一上表面金属贴片2、第二上表面金属贴片3，下表面敷有第一下表面金属贴片21、第二下表面金属贴片31和贯穿于上下两层金属面的金属化通孔阵列围成基片集成波导，基片集成波导由第一金属化通孔41所围部分为第一波导I、由第二金属化通孔42所围部分为第二波导II、由第三金属化通孔43所围部分为第三波导III三个部分顺序连接构成，第一波导I的末端是第四金属化通孔5；在第一波导I中的上金属表面中心线的两侧分别设有工作在高频段的第一缝隙阵列6，第三波导III中的上金属表面中心线上设有工作在低频段的第二缝隙阵列7，在第二缝隙阵列7的两侧交替的设有金属化通孔8；第三波导III的一端通过一段渐变微带线3与直微带线9相连。与第一波导I和第三波导III所对应的介质基片的下表面设有与上表面的第一缝隙阵列、第二缝隙阵列完全对应的第三缝隙阵列61、第四缝隙阵列71以实现全向天线(如图2(a)所示)，也可以不设缝隙(如图2(b)所示)则为单向辐射天线。

本实例利用上面介绍的结构实现了工作在2.4GHz/3.5GHz两个频段的全向天线，该天线可以应用于集成个人无线通信和宽带无线接入网的系统。天线结构如图3所示，天线采用的介质基片相对介电常数为2.2，介质基片厚度为2mm，构成基片集成波导的金属通孔直径为0.3mm，通孔之间间距为0.8mm。天线的测试结果如图4、5、6所示，该天线在2.437GHz到2.474GHz和3.456GHz到3.556GHz两个频段内反射系数均小于-10dB，呈现明显的双频特性。该天线工作于2.46GHz时测量增益为3.87dB，方向图E面的波纹小于0.6dB；工作于3.5GHz时测量增益为2.61dB，方向图E面的波纹小于1.5dB。

Claims (2)

1.一种基片集成波导的双频缝隙阵列天线，其特征在于该天线制作在一块介质基片上，在介质基片的上表面敷有第一上表面金属贴片(2)、第二上表面金属贴片(3)，下表面敷有第一下表面金属贴片(21)、第二下表面金属贴片(31)和贯穿于上下两层金属面的金属化通孔阵列围成基片集成波导，基片集成波导由第一金属化通孔(41)所围部分为第一波导(I)、由第二金属化通孔(42)所围部分为第二波导(II)、由第三金属化通孔(43)所围部分为第三波导(III)三个部分顺序连接构成，第一波导(I)的末端是第四金属化通孔(5)；在第一波导(I)中的上金属表面中心线的两侧分别设有工作在高频段的第一缝隙阵列(6)，第三波导(III)中的上金属表面中心线上设有工作在低频段的第二缝隙阵列(7)，在第二缝隙阵列(7)的两侧交替的设有一个金属化通孔(8)；第三波导(III)的一端通过一段渐变微带线(3)与直微带线(9)相连。

2.根据权利要求1所述的基片集成波导的双频缝隙阵列天线，其特征在于第一波导(I)和第三波导(III)所对应的介质基片(1)的下表面设有与上表面的第一缝隙阵列(6)、第二缝隙阵列(7)完全对应的第三缝隙阵列(61)、第四缝隙阵列(71)以实现全向天线。

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