CN207082637U - 基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线，由一层介质板和覆在介质板上、下层的表面金属构成，介质板上层包括微带T型反相功分器和4×4的天线辐射单元；介质板下层为挖有耦合缝隙的金属面；能量经微带T型反相功分器耦合到耦合缝隙，再由耦合缝隙经耦合窗进入基片集成波导；耦合窗的两侧设有金属化通孔，通过调节其间距来确保高次模式的产生；4×4的天线辐射单元按照驻波天线阵辐射原理对称分布。本实用新型在基片集成波导技术的基础上，利用高次模激励结构作为驻波缝隙阵的馈电网络，大大简化了阵列天线的馈电网络，同时降低了加工复杂度，节约了成本，降低了毫米波系统对于高设计精度的依赖。

Description

基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线

技术领域

本实用新型涉及基片集成波导技术，具体涉及一种基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线。

背景技术

随着现代微波毫米波电路系统的高速发展，其功能越来越复杂、电性能指标要求越来越高，同时要求其体积越来越小、重量越来越轻；整个系统迅速向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本方向发展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带系统非常关键。

基片集成波导技术是近几年提出的一种可以集成于介质基片中的具有低插损低辐射等特性的新型导波结构，它是通过在上下底面为金属层的低损耗介质基片上，利用金属化通孔阵列而实现的，其目的是在介质基片上实现传统的金属波导的功能。它可有效地实现无源和有源集成，使毫米波系统小型化，甚至可把整个毫米波系统制作在一个封装内，极大地降低了成本；而且它的传播特性与矩形金属波导类似，所以由其构成的毫米波和亚毫米波部件及子系统具有高Q值、高功率容量、易集成等优点，同时由于整个结构完全为介质基片上的金属化通孔阵列所构成，所以这种结构可以利用PCB或LTCC工艺精确的实现，并可与微带电路实现无隙集成。与传统波导形式的微波毫米波器件的加工成本相比，基片集成波导微波毫米波器件的加工成本十分低廉，不需任何事后调试工作，非常适合微波毫米波集成电路的设计和大批量生产。

现有的基片集成波导缝隙天线阵馈电网络复杂，且金属化通孔数量庞大，降低了天线的辐射效率。随着基片集成波导大量的应用于有源或无源电路，基片集成波导高次模器件吸引了越来越多研究者的关注。将基片集成波导高次模技术应用于天线馈电网络，不仅能够简化器件结构、优化加工工艺，而且能够增强性能稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线。

实现本实用新型目的的技术方案为：一种基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线，包括一层介质板，介质板上层包括微带T型反相功分器和辐射金属面，微带T型反相功分器的末端分别连接有第一三角匹配结构和第二三角匹配结构，辐射金属面上设置有16个尺寸相同的矩形缝隙，用于辐射电磁波；介质板下层由一层金属面构成，金属面上设置有两条耦合缝隙，每个耦合缝隙连接有第三三角形匹配结构；

金属化通孔贯穿整个介质板，包括上下两排相互平行的金属化通孔以及左右两侧相互平行的金属化通孔；上下两排金属化通孔构成基片集成波导的边界，左侧金属化通孔设有两个耦合窗，以激励高次模式，右侧金属化通孔构成短路边界，以形成驻波工作模式；相邻金属化通孔的中心间距不大于两倍的通孔直径。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型设计了一种新的馈电结构，在基片集成波导基础上，通过激励TE₄₀高次模式做为天线的馈源，大大简化了天线阵的馈电网络结构；与传统的基片集成波导缝隙天线阵相比，大大降低了加工复杂度，节约成本；该技术在高频段的微波毫米波应用中将显得更有优势。

附图说明

图1为高次模馈电的基片集成波导缝隙天线上表面结构图。

图2为高次模馈电的基片集成波导缝隙天线下表面结构图。

图3为高次模馈电的基片集成波导缝隙天线回波损耗曲线图。

图4为高次模馈电的基片集成波导缝隙天线增益曲线图。

图5为高次模馈电的基片集成波导缝隙天线H面辐射方向图。

图6为高次模馈电的基片集成波导缝隙天线E面辐射方向图。

具体实施方式

结合图1、图2，一种基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线，包括一层介质板8，介质板上层包括微带T型反相功分器1和辐射金属面2，微带T型反相功分器1的末端分别连接有第一三角匹配结构5和第二三角匹配结构5’，辐射金属面2上设置有16个尺寸相同的矩形缝隙4，用于辐射电磁波；介质板下层由一层金属面9构成，金属面9上设置有两条耦合缝隙11，耦合缝隙11一端设置有第三三角形匹配结构10；

金属化通孔3贯穿整个介质板8，包括上下两排相互平行的金属化通孔以及左右两侧相互平行的金属化通孔；上下两排金属化通孔构成基片集成波导的边界，左侧金属化通孔设有两个耦合窗7，以激励高次模式，右侧金属化通孔构成短路边界，以形成驻波工作模式；相邻金属化通孔的中心间距不大于两倍的通孔直径。

进一步的，所述矩形缝隙4具有相同的偏置，16个矩形缝隙4呈4×4设置，四组矩形缝隙4分别关于基片集成波导宽边四分之一线两两对称分布。

进一步的，相邻矩形缝隙4中心间距为二分之一波导波长，每一排最右侧矩形缝隙中心距金属化通孔边界四分之一波导波长，以实现驻波工作模式。

进一步的，微带T型反相功分器1的两个分支具有100欧姆的阻抗特性；其中一路分支比另一路长半个工作波长，以实现180度相位差。

进一步的，耦合窗7位于两个匹配金属化通孔之间，且关于基片集成波导宽边四分之一线对称分布，间距为二分之一波导波长。

进一步的，耦合缝隙11延伸入基片集成波导部分的长度为二分之一波导波长。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例

一种基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线，包括一层介质板8，介质板上层主要包括微带T型反相功分器1和辐射金属面2，微带T型反相功分器1的末端连接有第一三角匹配结构5和第二三角匹配结构5’，辐射金属面2上设置有16个尺寸相同的矩形缝隙4，用来辐射电磁波；介质板下层由一层金属面9构成，在金属面9上挖有耦合缝隙11，耦合缝隙一端挖有第三三角形结构10；金属化通孔3贯穿整个介质板8。

本实用新型馈电的微带线结构需要调节其微带宽度，使其满足在工作频率下具有50欧姆的输入阻抗特性。微带T型反相功分器1的两个分支通过调整其宽度使其具有100欧姆的阻抗特性，以实现能量的等幅分配。其中一路分支比另一路长半个工作波长来实现180度的相位差。

两个耦合窗7分别位于两个第一匹配金属化通孔6和两个第二金属化通孔6’之间，用来调节模式匹配，通过调节其间距确保高次模式的产生。

四组矩形缝隙4分别关于基片集成波导宽边四分之一线两两对称分布。相邻缝隙中心间距为二分之一波导波长，最后一个缝隙中心距金属化通孔边界四分之一波导波长，以实现驻波工作模式。

能量由微带T型反相功分器1馈入，经功分器实现等幅反相之后耦合进入耦合缝隙11。当能量由耦合缝隙11经耦合窗7进入基片集成波导时，耦合缝隙11中水平极化的电场转变为垂直极化的电场，由于耦合缝隙11中电场为奇模分布，所以进入基片集成波导后电场在耦合缝隙11的两边实现了180度的反相。相邻的电场呈现等幅反相分布，因此TE₄₀模式被激励。矩形缝隙4相距半个波导波长交替分布以实现电流的同相切割。通过调节缝隙的长度和偏置距离来使其工作在谐振频率。

结合图3、图4、图5以及图6，本实用新型天线的工作频率范围为10GHz到10.6GHz，在整个工作带宽内最大增益能够达到15.2dBi，并且增益相对平稳。最大辐射效率接近80％。天线的辐射模型稳定且具有较低的旁瓣电平和交叉极化。

Claims (5)

1.一种基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线，其特征在于，包括一层介质板(8)，介质板上层包括微带T型反相功分器(1)和辐射金属面(2)，微带T型反相功分器(1)的末端分别连接有第一三角匹配结构(5)和第二三角匹配结构(5’)，辐射金属面(2)上设置有16个尺寸相同的矩形缝隙(4)，用于辐射电磁波；介质板下层由一层金属面(9)构成，金属面(9)上设置有两条耦合缝隙(11)，每个耦合缝隙(11)连接有第三三角形匹配结构(10)；

金属化通孔(3)贯穿整个介质板(8)，包括上下两排相互平行的金属化通孔以及左右两侧相互平行的金属化通孔；上下两排金属化通孔构成基片集成波导的边界，左侧金属化通孔设有两个耦合窗(7)，以激励高次模式，右侧金属化通孔构成短路边界，以形成驻波工作模式；相邻金属化通孔的中心间距不大于两倍的通孔直径。

2.根据权利要求1所述的基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线，其特征在于，所述矩形缝隙(4)具有相同的偏置，16个矩形缝隙(4)呈4×4设置，四组矩形缝隙(4)分别关于基片集成波导宽边四分之一线两两对称分布。

3.根据权利要求2所述的基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线，其特征在于，相邻矩形缝隙(4)中心间距为二分之一波导波长，每一排最右侧矩形缝隙中心距金属化通孔边界四分之一波导波长，以实现驻波工作模式。

4.根据权利要求1所述的基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线，其特征在于，微带T型反相功分器(1)的两个分支具有100欧姆的阻抗特性；其中一路分支比另一路长半个工作波长，以实现180度相位差。

5.根据权利要求1所述的基于高次模馈电的基片集成波导缝隙天线，其特征在于，耦合窗(7)位于两个匹配金属化通孔之间，且关于基片集成波导宽边四分之一线对称分布，间距为二分之一波导波长。