CN214797747U - 基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线，包括上层介质基板以及分别设置于上层介质基板上下表面的第一金属层和第二金属层，上层介质基板叠置在下层介质基板上，第一金属化通孔贯穿第一金属层、上层介质基板、第二金属层后形成基片集成波导结构，基片集成波导结构的中轴线上开设多个缝隙单元，多个缝隙单元形成辐射单元。本实用新型在波导的轴线处作开缝处理，设计独特的缝隙单元和矩形缝隙，矩形缝隙两侧放置Pin二极管，通过控制放置在矩形缝隙两侧的Pin二极管二极管的工作状态，从而实现对天线波束的切换控制，而且天线整体的结构在二维平面内完成，十分紧凑。

Description

基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线

技术领域

本申请涉及电磁微波技术领域，尤其涉及基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线。

背景技术

传统金属波导的品质因子高，功率容量大，基于传统金属波导研制的一些微波器件都具备较好的性能。然而却又因为加工工艺较为复杂，整体的尺寸体积很大，在实际应用中难以集成，这大大的局限了其应用范围。而基片集成波导的出现便很好的解决了这些问题，它既可以等效传统波导，具备传统波导功率容量大等优点，也克服了传统波导在工艺及结构尺寸上的不足，基片集成波导具备常见的印刷传输线易集成、易加工等良好特点，大大的拓展了波导在电磁微波领域的应用。

圆极化是指沿着电磁波传播的方向上看去，天线的电场矢量随着时间变化的运动轨迹。相对于线极化来说，在收发系统中圆极化天线不需要像线极化一样进行极化匹配。圆极化按照旋向也分为左旋圆极化和右旋圆极化，在不同的通信领域里，对电磁波的极化方式的要求是不一样的。现有波导缝隙圆极化天线多是考虑实现天线的双圆极化特性，或为得到高增益涉及缝隙阵列，少有考虑对波束的调控作用。

实用新型内容

本申请针对上述问题，提出物联网终端升级策略的方法。

为了解决上述技术问题中的至少一个，本申请提出如下技术方案：

基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线，包括上层介质基板、下层介质基板以及分别设置于所述上层介质基板上表面和下表面的第一金属层和第二金属层，所述上层介质基板叠置在所述下层介质基板上，所述上层介质基板沿其长边设置多个第一金属化通孔，所述第一金属化通孔贯穿所述第一金属层、上层介质基板、第二金属层并与第一金属层、上层介质基板、第二金属层形成基片集成波导结构，所述基片集成波导结构的中轴线上开设多个缝隙单元，所述中轴线与所述上层介质基板的长边平行，多个所述缝隙单元形成辐射单元。

在一些实施方式中，多个所述缝隙单元设置在所述第一金属层上，所述缝隙单元的缝隙形状为“＜”形或“＞”形，包括尖部和开口部，每个所述缝隙单元的开口部方向均一致。

在一些实施方式中，所述尖部还连接有矩形缝隙，所述矩形缝隙中设置有矩形金属片，所述矩形金属片的的中心处设置有第二金属化通孔，所述第一金属层、上层介质基板、第二金属层以及下层介质基板。

在一些实施方式中，所述矩形缝隙还放置有Pin二极管，所述Pin二极管用于将第一金属层和矩形金属片连接。

在一些实施方式中，所述下层介质基板的下表面设置有直流偏置线，所述直流偏置线连接有直流偏置网络。

在一些实施方式中，所述上层介质基板的上表面沿其长边方向均设置有对称的金属条，所述金属条上设置第三金属化通孔，所述第三金属化通孔贯穿至下层介质基板的下表面，所述下层介质基板的下表面两端均设置有对称的矩形金属条，所述矩形金属条用于将位于对称两侧的第三金属化通孔相连。

在一些实施方式中，所述直流偏置线上还设置有扇形结构。

在一些实施方式中，所述上层介质基板的上表面设置有微带匹配线，通过所述微带匹配线将SMA接头和所述基片集成波导结构连接起来。

在一些实施方式中，所述上层介质基板和下层介质基板采用Rogers4350B板材，相对介电常数为3.6。

本申请的有益效果是：单端馈入基片集成波导结构，在波导的轴线处作开缝处理，缝隙单元成“＜”形式或“＞”形，在缝隙单元的一侧加矩形缝隙，矩形缝隙两侧放置Pin二极管，实现天线圆极化性能的同时集成控制天线波束的设备，通过控制二极管的工作状态，实现对天线波束的切换控制，天线整体的结构在二维平面内完成，十分紧凑。

另外，在本申请技术方案中，凡未作特别说明的，均可通过采用本领域中的常规手段来实现本技术方案。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线的天线整体结构示意图；

图2为基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线的上层介质基板俯视图；

图3为基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线的上层介质基板仰视图；

图4为基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线的下层介质基板俯视图；

图5为基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线的下层介质基板仰视图；

图6为基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线的缝隙单元的3D结构图；

图7为基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线的缝隙单元的二极管加载示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

实施例1：

如图1－7所示，提供基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线，包括上层介质基板1、下层介质基板2以及分别设置于上层介质基板1上表面和下表面的第一金属层3和第二金属层4，上层介质基板1叠置在下层介质基板2上，上层介质基板1沿其长边设置多个第一金属化通孔5，所述第一金属化通孔5贯穿所述第一金属层3、上层介质基板1、第二金属层4并与第一金属层3、上层介质基板1、第二金属层4形成基片集成波导结构，所述基片集成波导结构的中轴线上开设多个缝隙单元7，所述中轴线与所述上层介质基板1的长边平行，多个所述缝隙单元7形成辐射单元。上层介质基板1的上表面设置有微带匹配线17，通过微带匹配线17将SMA接头18和基片集成波导结构连接起来。

如图1－2所示，具体的，在基片集成波导轴线上等距排列设置缝隙单元7，多个缝隙单元7设置在第一金属层上，缝隙单元的缝隙形状为“＜”形或“＞”形，包括尖部71和开口部72，每个缝隙单元7的开口部方向均一致。因此，通过开缝处理，设置多个缝隙单元来使相位叠加累积。具体的，通过在基片集成波导轴线上开缝隙单元，缝隙单元的缝隙形状为“＜”形或“＞”形，由此，通过调节缝隙张口角度，使得产生正交模，从而达到天线实现圆极化的条件。

在本实施例中，缝隙单元7的尖部71还连接有矩形缝隙6，矩形缝隙6中设置有矩形金属片8，矩形金属8片的的中心处设置有第二金属化通孔10，第二金属化通孔10贯穿所述第一金属层3、上层介质基板1、第二金属层4以及下层介质基2。由此，设置矩形缝隙，来使相位叠加累积，缝隙设置矩形结构也便于放置Pin二极管。

此外，在上层介质基板1的第二金属层4设置有圆形缝隙19，圆形缝隙的19半径大于第二金属化通孔10的半径，圆形缝隙的圆心与第二金属化通孔在第二金属层上形成的通孔是同圆心的。下层介质基板2的下表面还设置有直流偏置线11，直流偏置线11连接有直流偏置网络12。直流偏置网络12的作用是控制板通过直流偏置网络12给Pin二极管9施加偏置电压，从而控制Pin二极管的开断。具体的，第二金属化通孔通过直流偏置线11连接有直流偏置网络12，因此，第二金属层4设置与第二金属化通孔同圆心的圆形缝隙19，可以通过圆形缝隙与地进行隔开，避免出现短路的现象。

如图7所示，矩形缝隙6还放置有Pin二极管9，Pin二极管9用于将第一金属层3和矩形金属片8连接。由此，通过Pin二极管，可以用于导通或者断开矩形缝隙。具体的，矩形金属片8预留放置Pin二极管9的焊盘位，矩形金属片8焊接Pin二极管9的一端，Pin二极管9的另一端连接第一金属层3。由此，通过控制Pin二极管9的开关状态，来控制天线辐射缝隙的辐射状态，从而完成对天线的波束调控。由此，通过设置Pin二极管用来控制开关缝隙的。

优选的，直流偏置线11上还设置有扇形结构14，由此，通过直流偏置线11上设计有扇型结构14用来防止干扰。

如图1－7所示，在本实施例中，上层介质基板1和下层介质基板2可采用Rogers4350B板材，相对介电常数为3.6，上下两层介质基板等尺寸压合，可采用矩形形状，上层介质基板1的上表面沿其长边方向均设置有对称的上金属条13，上金属条13上设置第三金属化通孔15，第三金属化通孔15贯穿至下层介质基板2的下表面，下层介质基板2的下表面两端均设置有对称的下金属条14，下金属条14用于将位于对称两侧的第三金属化通孔15相连。由此，通过第三金属化通孔15是将下金属条14导通接地，这样便于解决实际制作过程中接地难的问题，可保证实际封装的良好接地。

需要说明的是：上述本说明书实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本实用新型通过构造合适的缝隙单元实现天线的圆极化特性，同时引入一种波束调控方式，使得天线在实现圆极化的同时，其波束也可以自由调控，天线本身是基于基片集成波导结构，因此天线的整体尺寸十分的紧凑，并且易于集成。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备及存储介质的实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线，其特征在于，包括上层介质基板（1）、下层介质基板（2）以及分别设置于所述上层介质基板（1）上表面和下表面的第一金属层（3）和第二金属层（4），所述上层介质基板（1）叠置在所述下层介质基板（2）上，所述上层介质基板（1）设置有第一金属化通孔（5），所述第一金属化通孔（5）贯穿所述第一金属层（3）、上层介质基板（1）、第二金属层（4）并与第一金属层（3）、上层介质基板（1）、第二金属层（4）形成基片集成波导结构，所述基片集成波导结构的中轴线上开设多个缝隙单元（7），所述中轴线与所述上层介质基板（1）的长边平行，多个所述缝隙单元（7）形成辐射单元。

2.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线，其特征在于，多个所述缝隙单元（7）设置在所述第一金属层（3）上，所述缝隙单元（7）的缝隙形状为“<”形或“>”形，包括尖部（71）和开口部（72），每个所述缝隙单元（7）的开口部（72）方向均一致。

3.根据权利要求2所述的基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线，其特征在于，所述尖部（71）还连接有矩形缝隙（6），缝隙单元（7）和矩形缝隙（6）相导通，所述矩形缝隙（6）中设置有矩形金属片（8），所述矩形金属片（8）的中心处设置有第二金属化通孔（10），所述第二金属化通孔（10）贯穿所述第一金属层（3）、上层介质基板（1）、第二金属层（4）以及下层介质基板（2）。

4.根据权利要求3所述的基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线，其特征在于，所述矩形缝隙（6）还放置有Pin二极管（9），所述Pin二极管（9）用于将第一金属层（3）和矩形金属片（8）连接。

5.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线，其特征在于，所述下层介质基板（2）的下表面设置有直流偏置线（11），所述直流偏置线（11）连接有直流偏置网络（12）。

6.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线，其特征在于，所述上层介质基板（1）的上表面沿其长边方向均设置有对称的上金属条（13），所述上金属条（13）上设置第三金属化通孔（15），所述第三金属化通孔（15）贯穿至下层介质基板（2）的下表面，所述下层介质基板（2）的下表面两端均设置有对称的下金属条（14），所述下金属条（14）用于将位于对称两侧的第三金属化通孔（15）相连。

7.根据权利要求5所述的基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天

线，其特征在于，所述直流偏置线（11）上还设置有扇形结构（16）。

8.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线，其特征在于，所述第一金属化通孔（5）包括关于天线中心线对称排布的上下两排横向第一金属化通孔(5)，两排横向第一金属化通孔(5)的两侧端均设有共面波导输入端，所述共面波导输入端设置在所述基片集成波导结构开口一侧的第一金属层（3）。

9.根据权利要求8所述的基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线，其特征在于，所述共面波导输入端包括微带匹配线（17）和SMA接头（18），所述微带匹配线（17）用于将SMA接头（18）和所述基片集成波导结构连接起来。

10.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的波束可调圆极化阵列天线，其特征在于，所述上层介质基板（1）和下层介质基板（2）采用Rogers4350B板材，相对介电常数为3.6。

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