CN210272694U - 一种基片集成波导缝隙扫描天线 - Google Patents
一种基片集成波导缝隙扫描天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN210272694U CN210272694U CN201921277995.0U CN201921277995U CN210272694U CN 210272694 U CN210272694 U CN 210272694U CN 201921277995 U CN201921277995 U CN 201921277995U CN 210272694 U CN210272694 U CN 210272694U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- integrated waveguide
- substrate integrated
- metal
- microstructure
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Abstract
本实用新型提供了一种基片集成波导缝隙扫描天线，包括：基片集成波导上层和下层；基片集成波导上层包括微结构缝隙和置于其上的二极管；基片集成波导下层包括依次叠置而成的介质基板、金属层、固化片，微结构金属通孔透过基片集成波导上层和下层，固化片底部设有金属布线层，基片集成波导金属通孔透过基片集成波导上层、介质基板和金属层，微结构金属通孔与微结构缝隙内金属贴片相连接，外加电压通过金属布线层连接的微结构金属通孔，控制微结构缝隙上二极管的通断状态，从而控制基片集成波导上层天线辐射面相位分布，实现波束扫描。整体结构薄，能量利用率高，增益高，提高了天线性能；可普遍适用于微波无线通信，遥感探测等领域。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种基片集成波导缝隙扫描天线。
【背景技术】
传统的漏波天线扫描方式多为频率扫描。有些文献中报道涉及有非频率扫描的漏波天线。Mohammed Reza Hashemi等人提出了一种基于复合左右手传输线结构的电控扫描漏波天线，这种天线导电几何结构设计非常复杂，波束效果和可扫描角度较差。TimothySleasman等人提出了一种基于微带线的可调控缝隙漏波天线，这种天线由于使用微带线馈源，能量泄露严重，增益较小，且由于通孔位于导电几何结构中心，对微带线传播模式影响较大，需要进行复杂的设计来减小这种影响。
【实用新型内容】
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基片集成波导缝隙扫描天线，能够大大减小了对馈源模式的干扰，提高了天线性能；可成为雷达探测，成像以及卫星通信等的关键设备，可普遍适用于微波无线通信，遥感探测等领域。
为解决上述技术问题，本实用新型一实施例提供了一种基片集成波导缝隙扫描天线，包括：基片集成波导上层和基片集成波导下层；所述基片集成波导上层包括微结构缝隙和置于所述微结构缝隙上的二极管；所述基片集成波导下层包括依次叠置而成的介质基板、金属层、固化片，微结构金属通孔透过所述基片集成波导上层和基片集成波导下层，所述固化片底部设有金属布线层，基片集成波导金属通孔透过所述基片集成波导上层、介质基板和金属层，所述微结构金属通孔与所述微结构缝隙内金属贴片相连接，外加电压通过金属布线层连接的微结构金属通孔，控制微结构缝隙上二极管的通断状态，从而控制基片集成波导上层天线辐射面相位分布，实现波束扫描。
优选地，所述二极管置于所述微结构缝隙一侧。
优选地，所述二极管同时所述置于微结构缝隙两侧。
优选地，所述微结构金属通孔置于所述微结构缝隙中间贴片中心。
优选地，所述微结构金属通孔置于所述微结构缝隙中间贴片边缘。
优选地，在所述介质基板镀金属层与微结构金属通孔相交处刻蚀掉一部分金属，为了避免微结构金属通孔与所述介质基板镀金属层连通。
优选地，所述微结构缝隙周期性间隔布置在所述基片集成波导上层。
优选地，所述介质基板镀金属镀铜层周期性间隔布置圆孔。
优选地，所述介质基板厚度为1.524mm～3.5mm。
优选地，所述固化片选用FR4，介电常数为3.1～6。
优选地，所述固化片厚度为0.1mm～1mm。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：相比于波导馈源更加薄，而比微带线馈源能量利用率更高，增益也更高。通过将导电几何结构单元导电通孔设置于结构的边侧，大大减小了对馈源模式的干扰，提高了天线性能；可成为雷达探测，成像以及卫星通信等的关键设备，可普遍适用于微波无线通信，遥感探测等领域。
【附图说明】
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的缝隙阵列天线模型示意图。
图2是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线结构示意图。
图3是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的上表面结构示意图。
图4是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的下表面结构示意图。
图5是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的导电几何结构基片集成波导金属通孔设于导电几何结构微结构缝隙的边缘的结构示意图。
图6是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的导电几何结构基片集成波导金属通孔设于导电几何结构微结构缝隙的中心的结构示意图。
图7是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的金属布线层结构示意图。
图8是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的导电几何结构单元排布状态为谐振非谐振周期性排布时，得到的辐射方向图。
图中，1-基片集成波导上层,2-基片集成波导下层，21-介质基板，22- 介质基板镀金属层，23-固化片，3-微结构金属通孔，4-基片集成波导金属通孔，5-金属布线层，11-二极管，12-微结构缝隙。
【具体实施方式】
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型通过在波导缝隙天线的超材料微结构缝隙中加载可调控电子元器件，通过外加电压控制各个超材料缝隙状态分布，从而控制辐射面相位分布达到波束扫描。
其工作原理为：在互补型导电几何结构微结构缝隙上加载开关二极管。通过对二极管加载偏置电压，控制二极管的通断。当二极管正向导通时，可等效为2欧姆的电阻，此时导电几何结构微结构缝隙处于off状态，在天线中心工作频率不谐振，向外辐射能量较小。当二极管反向偏置时，可等效为 0.25pF的电容，此时导电几何结构微结构缝隙处于on状态，在天线中心工作频率谐振，向外辐射能量较大。
本扫描天线控制原理为：通过计算机软件编程扫描角度与对应电压分布。根据需要扫描角度对计算机下达指令，通过单片机或FPGA实现数模转换模块将数字信号转化为模拟信号，对基片集成波导上层的各个导电几何微结构缝隙加载的二极管两端电压进行通断控制。通过波导馈源进行馈波，在导电几何结构微结构金属通孔限制范围进行能量传输。各个导电几何结构微结构缝隙根据通断状态不同辐射或不辐射能量，不同位置处导电几何结构微结构缝隙辐射的能量相位不同，通过控制二极管通断状态不同控制辐射表面相位分布，实现指定波束扫描。通过基片集成波导末端匹配阻抗对到达末端能量进行匹配吸收，减小反射。
图1是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的缝隙阵列天线模型示意图。在简化模型中，我们将单个导电几何结构微结构缝隙构作为理想点源，对其进行相位分析。如图2所示，假定辐射主波束方向与波导表面的角度为φ，不同导电几何结构之间的距离为d，则相邻阵子(即辐射导电几何结构) 之间的相位差为：β0·dcos(φ)-βwg·d，其中β0、βwg分别为电磁波在空间及在波导中的有效传播常数。
为了在远场形成合波束，则阵子间相位差需满足：
推导可得：
由公式2可得，波束扫描角φ与导电几何结构辐射缝隙距离d有关。通过计算机软件编程输出信号，数字信号转化为模拟信号，分别调控所有加载二极管两端的电压，实现对二极管通断控制。对二极管通断控制可以调控辐射缝隙的排布状态，即不同的d，达到波束扫描。
图2是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线结构示意图。图3是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的上表面结构示意图。图4是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的下表面结构示意图。如图2～图4所示，一种基片集成波导缝隙扫描天线，包括：基片集成波导上层1和基片集成波导下层2；所述基片集成波导上层1包括微结构缝隙12和置于所述微结构缝隙 12上的二极管11；所述基片集成波导下层2包括依次叠置而成的介质基板21、金属层22、固化片23，微结构金属通孔3透过所述基片集成波导上层 1和基片集成波导下层2，所述固化片23底部设有金属布线层5，基片集成波导金属通孔4透过所述基片集成波导上层1、介质基板21和金属层22，所述微结构金属通孔3与所述微结构缝隙12内金属贴片相连接，外加电压通过金属布线层5连接的微结构金属通孔3，控制微结构缝隙12上二极管11的通断状态，从而控制基片集成波导上层1天线辐射面相位分布，实现波束扫描。二极管置于所述微结构缝隙一侧或者同时所述置于微结构缝隙两侧。微结构金属通孔3置于微结构缝隙12中间贴片中心或边缘。介质基板镀金属层22接地。为了避免微结构金属通孔3与介质基板镀金属层22连通，在介质基板镀金属层22刻蚀掉一部分金属层。微结构缝隙12周期性间隔布置在基片集成波导上层1。介质基板镀金属镀铜层周期性间隔布置圆孔。介质基板21厚度为1.524mm～3.5mm。固化片23选用FR4，介电常数为3.1～ 6，厚度为0.1mm～1mm。
图5是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的导电几何结构基片集成波导金属通孔设于导电几何结构微结构缝隙的中心的结构示意图。
图6是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的导电几何结构基片集成波导金属通孔设于导电几何结构微结构缝隙的边缘的结构示意图。导电几何结构基片集成波导金属通孔设置在微结构缝隙的边缘，减小对基片集成波导内电磁波传输模式的反射和散射，可更好的控制电磁能量辐射和提高能量利用效率。
图7是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的金属布线层结构示意图。微结构缝隙通过微结构金属通孔(通孔可置于微结构缝隙中间贴片中心或边缘)贯穿各层到达固化片底层。通过在固化片底层合理布线(各微结构对应布线排布时不交叉，美观整齐)，各微结构对应布线集总，计算机下达信号数模转换后的模拟信号通过各微结构各自布线对其两端电压进行调控。
图8是本实用新型基片集成波导缝隙扫描天线的导电几何结构单元排布状态为谐振非谐振周期性排布时，得到的辐射方向图。基片集成波导(SIW) 利用金属通孔在介质基片上实现波导的场传播模式。高频应用中，由于波长过小，过于高的容差要求常常使微带线失效。波导常用于高频情况，但是波导体积大，不易于集成。基片集成波导兼顾传统波导和微带线传输线的优点，可实现高性能微波毫米波平面电路。
金属通孔存在高导电率镀层，在电磁波传输过程中中会产生感应电场改变附近电磁场状态。导电几何结构辐射缝隙位于基片集成波导中心轴线位置排布，传输能量分布最大，若通孔位于中心，则对馈源电磁波模式产生干扰最大，而位于辐射缝隙边缘影响会降低很多。
微带线馈源，电磁波沿微带线轴线一边传播一边不断地向空间辐射能量而产生漏波，导致部分能量泄露不参与波束合成，造成天线增益较低。而基片集成波导将电磁波约束在介质空间中传播，通过控制缝隙状态，控制电磁能量按指定状态辐射泄露，参与波束合成，增益较高。如图8所示为缝隙谐振，非谐振状态交替排布时方向图，增益可达到7.38dB。形成双波束指向，波束宽度为8.9°，谐振频率为13.4GHz，副瓣为-8.1dB。
由上述说明可知，使用根据本实用新型的基片集成波导缝隙扫描天线，相比于波导馈源更加薄，而比微带线馈源能量利用率更高，增益也更高。通过将导电几何结构单元导电通孔设置于结构的边侧，大大减小了对馈源模式的干扰，提高了天线性能；可成为雷达探测，成像以及卫星通信等的关键设备，可普遍适用于微波无线通信，遥感探测等领域。
以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种基片集成波导缝隙扫描天线，其特征在于，包括：基片集成波导上层(1)和基片集成波导下层(2)；所述基片集成波导上层(1)包括微结构缝隙(12)和置于所述微结构缝隙(12)上的二极管(11)；所述基片集成波导下层(2)包括依次叠置而成的介质基板(21)、金属层(22)、固化片(23)，微结构金属通孔(3)透过所述基片集成波导上层(1)和基片集成波导下层(2)，所述固化片(23)底部设有金属布线层(5)，基片集成波导金属通孔(4)透过所述基片集成波导上层(1)、介质基板(21)和金属层(22)，所述微结构金属通孔(3)与所述微结构缝隙(12)内金属贴片相连接，外加电压通过金属布线层(5)连接的微结构金属通孔(3)，控制微结构缝隙(12)上二极管(11)的通断状态，从而控制基片集成波导上层(1)天线辐射面相位分布，实现波束扫描。
2.根据权利要求1所述的基片集成波导缝隙扫描天线，其特征在于，所述二极管(11)置于所述微结构缝隙(12)一侧。
3.根据权利要求1所述的基片集成波导缝隙扫描天线，其特征在于，所述二极管(11)同时所述置于微结构缝隙(12)两侧。
4.根据权利要求1所述的基片集成波导缝隙扫描天线，其特征在于，所述微结构金属通孔(3)置于所述微结构缝隙(12)中间贴片中心。
5.根据权利要求1所述的基片集成波导缝隙扫描天线，其特征在于，所述微结构金属通孔(3)置于所述微结构缝隙(12)中间贴片边缘。
6.根据权利要求1所述的基片集成波导缝隙扫描天线，其特征在于，在所述介质基板镀金属层(22)与微结构金属通孔(3)相交处刻蚀掉一部分金属，为了避免微结构金属通孔(3)与所述介质基板镀金属层(22)连通。
7.根据权利要求1所述的基片集成波导缝隙扫描天线，其特征在于，所述微结构缝隙(12)周期性间隔布置在所述基片集成波导上层(1)。
8.根据权利要求5所述的基片集成波导缝隙扫描天线，其特征在于，所述介质基板镀金属镀铜层周期性间隔布置圆孔。
9.根据权利要求1所述的基片集成波导缝隙扫描天线，其特征在于，所述介质基板(21)厚度为1.524mm～3.5mm。
10.根据权利要求1所述的基片集成波导缝隙扫描天线，其特征在于，所述固化片(23)选用FR4，介电常数为3.1～6，厚度为0.1mm～1mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921277995.0U CN210272694U (zh) | 2019-08-08 | 2019-08-08 | 一种基片集成波导缝隙扫描天线 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921277995.0U CN210272694U (zh) | 2019-08-08 | 2019-08-08 | 一种基片集成波导缝隙扫描天线 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN210272694U true CN210272694U (zh) | 2020-04-07 |
Family
ID=70016504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201921277995.0U Active CN210272694U (zh) | 2019-08-08 | 2019-08-08 | 一种基片集成波导缝隙扫描天线 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN210272694U (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111106451A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-05-05 | 北京交通大学 | 一种一维电控波束扫描圆极化天线及其控制方法 |
| CN113013627A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-06-22 | 深圳市环波科技有限责任公司 | 基于基片集成波导的可调控缝隙阵列天线 |
| CN113013622A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-06-22 | 深圳市环波科技有限责任公司 | 基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线 |
| CN114204258A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-18 | 深圳市环波科技有限责任公司 | 一种频率和极化方式可调圆极化天线和天线调节方法 |
| CN114498016A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-13 | 深圳市环波科技有限责任公司 | 一种极化可调圆极化贴片阵列天线及极化调控方法 |
| CN114927877A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-08-19 | 南京邮电大学 | 一种基于类梳状线基片集成波导的定频率波束扫描可重构天线 |
-
2019
- 2019-08-08 CN CN201921277995.0U patent/CN210272694U/zh active Active
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111106451A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-05-05 | 北京交通大学 | 一种一维电控波束扫描圆极化天线及其控制方法 |
| CN111106451B (zh) * | 2019-12-23 | 2020-12-15 | 北京交通大学 | 一种一维电控波束扫描圆极化天线及其控制方法 |
| CN113013627A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-06-22 | 深圳市环波科技有限责任公司 | 基于基片集成波导的可调控缝隙阵列天线 |
| CN113013622A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-06-22 | 深圳市环波科技有限责任公司 | 基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线 |
| WO2022174481A1 (zh) * | 2021-02-22 | 2022-08-25 | 深圳市环波科技有限责任公司 | 基于基片集成波导的可调控缝隙阵列天线 |
| CN113013622B (zh) * | 2021-02-22 | 2023-03-14 | 深圳市环波科技有限责任公司 | 基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线 |
| CN114204258A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-18 | 深圳市环波科技有限责任公司 | 一种频率和极化方式可调圆极化天线和天线调节方法 |
| CN114204258B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-02-17 | 深圳市环波科技有限责任公司 | 一种频率和极化方式可调圆极化天线和天线调节方法 |
| WO2023097712A1 (zh) * | 2021-11-30 | 2023-06-08 | 深圳市环波科技有限责任公司 | 一种频率和极化方式可调圆极化天线和天线调节方法 |
| CN114498016A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-13 | 深圳市环波科技有限责任公司 | 一种极化可调圆极化贴片阵列天线及极化调控方法 |
| CN114927877A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-08-19 | 南京邮电大学 | 一种基于类梳状线基片集成波导的定频率波束扫描可重构天线 |
| CN114927877B (zh) * | 2022-06-10 | 2024-04-16 | 南京邮电大学 | 一种基于类梳状线基片集成波导的定频率波束扫描可重构天线 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN210272694U (zh) | 一种基片集成波导缝隙扫描天线 | |
| CN110767999B (zh) | 一种一比特数字编码天线单元以及数字式相控阵天线系统 | |
| Javor et al. | Design and performance of a microstrip reflectarray antenna | |
| Kramer et al. | Very small footprint 60 GHz stacked Yagi antenna array | |
| Xiao et al. | Design and implementation of a wideband 1-bit transmitarray based on a Yagi–Vivaldi unit cell | |
| US7079082B2 (en) | Coplanar waveguide continuous transverse stub (CPW-CTS) antenna for wireless communications | |
| CN106816716A (zh) | 结构简洁的双模涡旋波束双圆极化四元阵列天线 | |
| Guo et al. | Design of series-fed, single-layer, and wideband millimeter-wave microstrip arrays | |
| US10886604B2 (en) | Interleaved array of antennas operable at multiple frequencies | |
| Sun et al. | Millimeter-wave high-gain magneto-electric dipole antenna array with pillbox corporate feed network | |
| Juneja et al. | Design considerations for implementation of planar antennas for millimeter wave (mmW) 5G network: a review | |
| CN210806003U (zh) | 一种双圆极化波束可重构微带天线 | |
| Zhang et al. | A substrate integrated waveguide slot antenna for 79-GHz applications | |
| CN111262025A (zh) | 集成基片间隙波导波束扫描漏波天线 | |
| CN113013606B (zh) | 基于基片集成波导可调控阵列天线和终端 | |
| Chu et al. | Frequency beam-steering antenna with large scanning angle and low sidelobe in brick configuration aiming for 2-D expansion | |
| CN110233334B (zh) | 基于基片集成镜像介质波导的水平极化漏波天线 | |
| Ma et al. | Realization of structured electromagnetic waves based on plane spiral orbital angular momentum waves using circular cylindrical conformal microstrip antenna array | |
| CN116231305A (zh) | 基于幅值调控的柱面共形有源超表面天线 | |
| CN214797742U (zh) | 基于基片集成波导可调控阵列天线和终端 | |
| CN110635230A (zh) | 基于sicl谐振腔圆环缝隙和印刷振子的非对称双极化天线装置 | |
| Jose et al. | Laser micro-machined 28 GHz broad band single feed microstrip antenna for 5G mm-wave applications | |
| Pradeep et al. | Design of Cost-Effective Beam Steered Phased Array Antenna with Enhanced Gain using Metamaterial Lens | |
| Aourik et al. | A New Design and Implementation of 4x4 Butler Matrix for Ka Band Applications | |
| Chu et al. | Improvement of Radiation Efficiency for Frequency Beam-Scanning Antennas Using a Subarray Topology |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |