CN201503917U - 宽带微波毫米波通信天线 - Google Patents

Abstract

宽带微波毫米波通信天线包括介质基片(1)、在介质基片(1)上的上表面金属镀层(2)、在介质基片(1)下的下表面金属镀层(3)和位于基片(1)上连接上表面金属镀层(2)和下表面金属镀层(3)的一排金属化通孔(4)；该天线不仅具有宽带特性，而且结构简单、体积小巧，满足平面电路集成的要求，并且具有成本低、便于批量生产等优点，因此适用于宽带通信系统的应用场合。

Description

宽带微波毫米波通信天线

技术领域

本实用新型是一种基于新型半模基片集成波导馈电结构的宽带对数周期偶极子阵列天线设计技术。所设计天线包含对数周期偶极子阵列天线和半模基片集成波导结构两部分。通过将半模基片集成波导与对数周期偶极子阵列天线级联，形成了馈电结构简单、工作带宽宽、损耗小的宽带天线。该天线设计基于平面印刷电路技术，体积小巧，适合平面高度集成。

背景技术

随着通信技术的高速发展，具有低复杂度、低成本、工作带宽宽等诸多优点的宽带通信系统得到的广泛的研究和应用。空间对数周期阵列天线广泛应用于宽带通信系统，由于其体积大而逐步发展为印刷对数周期阵列天线，但是目前毫米波印刷对数周期天线很难使用同轴线馈电。半模基片集成波导的体积只有工作于同一频段的基片集成波导的一半，因此是一种低剖面、低成本、工作带宽宽、设计简单、尺寸更小的平面传输线结构，同时上下平面的电流相位差为180°，具有平衡线特性。将对数周期天线和半模基片集成波导结构相结合，可以形成低剖面、低成本的宽带印刷对数周期阵列天线。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是提出一种宽带微波毫米波通信天线，该天线不仅具有宽带特性，而且结构简单、体积小巧，满足平面电路集成的要求，并且具有成本低、便于批量生产等优点，因此适用于宽带通信系统的应用场合。

技术方案：本实用新型的宽带微波毫米波通信天线两部分，通过印刷电路板技术在微波介质基片实现。

半模基片集成波导馈电的宽带对数周期偶极子阵列天线包括介质基片、在介质基片上的上表面金属镀层、在介质基片下的下表面金属镀层和位于基片上连接上表面金属镀层和下表面金属镀层的一排金属化通孔；上表面金属镀层上的对数周期偶极子阵列天线上表面的集合线、对数周期偶极子阵列天线上表面馈源阵子天线、半模基片集成波导的上表面、微带渐变过渡线、输出端50欧姆微带线顺序连接；下表面金属镀层包含有与对数周期偶极子阵列天线上表面的集合线平行对称的对数周期偶极子阵列天线下表面的集合线、与对数周期偶极子阵列天线上表面馈源阵子天线交叉对称的对数周期偶极子阵列天线下表面馈源阵子天线、半模基片集成波导的下表面、微带线的地表面。

半模基片集成波导的上表面直接和对数周期偶极子阵列天线的上表面的集合线连接，半模基片集成波导的下表面直接和对数周期偶极子阵列天线的下表面的集合线连接，形成了该天线的馈电结构；同时金属化通孔是在介质基片上开设通孔，该金属化通孔与覆于介质基片双侧的半模基片集成波导的上表面、半模基片集成波导的下表面连接起来。

有益效果：

1.天线具有宽带特性，可以满足宽带微波毫米波通信系统要求；

2.天线设计简单，在毫米波频段，直接使用半模基片集成波导技术馈电对书周期阵列天线，实现了馈电结构的简单化、平面化和易集成化。

3.天线整体体积小巧，采用半模基片集成波导做为馈线，可以方便与微波平面电路高度集成，适合移动小型化设备使用；

4.整个天线的各部分集成为一体，结构简单，全部利用PCB工艺生产，成本低、精度高、重复性好，适合大批量生产。

5.天线损耗低，由于馈电采用半模基片集成波导结构，在毫米波频段具有低损耗特性。

附图说明

图1为宽带微波毫米波通信天线的侧视图。

图2为宽带微波毫米波通信天线的顶视图。

图3为宽带微波毫米波通信天线的底视图。

图4a为实施例1的左半部分示意图，图4b为施例1的右半部分为示意图；

图5为实施例1的天线测试反射系数，

图6、图7、图8、图9为实施例1的天线分别在20GHz、30GHz、35GHz、40GHz的方向图，包括包括E面主极化方向图、H面主极化方向图、H面交叉极化方向图和E面交叉极化方向图。

以上的图中有：介质基片1，上表面金属镀层2，下表面金属镀层3，金属化通孔4，对数周期偶极子阵列天线上表面的集合线5，微带渐变过渡线6，对数周期偶极子阵列天线上表面馈源阵子天线7，输出端50欧姆微带线8，半模基片集成波导的上表面9，输出端口10，对数周期偶极子阵列天线下表面的集合线11，对数周期偶极子阵列天线下表面馈源阵子天线12，半模基片集成波导的下表面13，微带线的地表面14。

具体实施方式

宽带微波毫米波通信天线由一块介质基片，在介质基片上下表面覆盖的两层金属镀层和一排金属化通孔共同构成；上表面金属镀层包含有输出端50欧姆微带线、微带渐变线、半模基片集成波导的上层金属面、集合线和交叉天线辐射单元；下表面金属镀层包含有半模基片集成波导的下表面金属层、微带线的地表面、集合线和交叉天线单元；金属化孔位于基片的一侧，另一侧是半模基片集成波导的开口面。天线辐射单元采用上下表面的交叉耦合阵子；馈线部分采用半模基片集成波导形式，馈线部分与天线辐射单元之间通过集合线直接连接；同时为了测试方便，微带渐变线用来匹配基片集成波导与输出端50欧姆微带线。

宽带微波毫米波通信天线(如图1-图3所示)，该天线包括介质基片1、在介质基片1上的上表面金属镀层2、在介质基片1下的下表面金属镀层3和位于基片1上连接上表面金属镀层2和下表面金属镀层3的一排金属化通孔4；上表面金属镀层2上的对数周期偶极子阵列天线上表面的集合线5、对数周期偶极子阵列天线上表面馈源阵子天线7、半模基片集成波导的上表面9、微带渐变过渡线6、输出端50欧姆微带线8顺序连接；下表面金属镀层3包含有与对数周期偶极子阵列天线上表面的集合线5平行对称的对数周期偶极子阵列天线下表面的集合线11、与对数周期偶极子阵列天线上表面馈源阵子天线7交叉对称的对数周期偶极子阵列天线下表面馈源阵子天线12、半模基片集成波导的下表面13、微带线的地表面14。

半模基片集成波导的上表面9直接和对数周期偶极子阵列天线的上表面的集合线5连接，半模基片集成波导的下表面13直接和对数周期偶极子阵列天线的下表面的集合线11连接，形成了该天线的馈电结构；同时金属化通孔4是在介质基片1上开设通孔，该金属化通孔4与覆于介质基片1双侧的半模基片集成波导的上表面9、半模基片集成波导的下表面13连接起来。

其中金属化孔4、半模基片集成波导的上表面9和半模基片集成波导的下表面13共同构成半模基片集成波导结构。微带渐变过渡线6、输出端50欧姆微带线8和微带线的地表面14构成了半模基片集成波导与50欧姆微带线的匹配电路。对数周期偶极子阵列天线上表面的集合线5、对数周期偶极子阵列天线上表面馈源阵子天线7、对数周期偶极子阵列天线下表面的集合线11和数周期偶极子阵列天线下表面馈源阵子天线12构成了对数周期偶极子阵列天线结构。

该天线由半模基片集成波导馈电，形成了上表面馈源阵子天线7和下表面馈源阵子天线12的电流平衡特性。同时为了测试的方便，一段微带渐变过渡线6匹配连接于半模基片集成波导结构和输出端50欧姆微带线8之间形式，在半模基片集成波导的一端为输入端口10。

实施例1宽带微波毫米波通信天线

天线结构如图4所示，尺寸表记在表I。图5为实测天线反射系数，图6-图9表示该天线在20GHz、30GHz、35GHz、40GHz的方向图，其中Ex代表E面主极化方向图；Hx代表H面主极化方向图；ECo代表E面交叉极化方向图；Hco代表H面交叉极化方向图。

表I代表实施例1的尺寸。

表I

天线几何尺寸

Claims (2)

1.一种宽带微波毫米波通信天线，其特征在于该天线包括介质基片(1)、在介质基片(1)上的上表面金属镀层(2)、在介质基片(1)下的下表面金属镀层(3)和位于基片(1)上连接上表面金属镀层(2)和下表面金属镀层(3)的一排金属化通孔(4)；上表面金属镀层(2)上的对数周期偶极子阵列天线上表面的集合线(5)、对数周期偶极子阵列天线上表面馈源阵子天线(7)、半模基片集成波导的上表面(9)、微带渐变过渡线(6)、输出端50欧姆微带线(8)顺序连接；下表面金属镀层(3)包含有与对数周期偶极子阵列天线上表面的集合线(5)平行对称的对数周期偶极子阵列天线下表面的集合线(11)、与对数周期偶极子阵列天线上表面馈源阵子天线(7)交叉对称的对数周期偶极子阵列天线下表面馈源阵子天线(12)、半模基片集成波导的下表面(13)、微带线的地表面(14)。

2.根据权利要求1所述的宽带微波毫米波通信天线，其特征为半模基片集成波导的上表面(9)直接和对数周期偶极子阵列天线的上表面的集合线(5)连接，半模基片集成波导的下表面(13)直接和对数周期偶极子阵列天线的下表面的集合线(11)连接，形成了该天线的馈电结构；同时金属化通孔(4)是在介质基片(1)上开设通孔，该金属化通孔(4)与覆于介质基片(1)双侧的半模基片集成波导的上表面(9)、半模基片集成波导的下表面(13)连接起来。

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