一種采用半?；刹▽У谋城豢p隙圓極化天線制造技術

本發明專利技術公開了一種采用半?；刹▽ё鳛轲伨€及背腔的圓極化背腔縫隙天線。天線主要由半模基片集成波導背腔與饋線以及縫隙輻射單元構成。本發明專利技術的圓極化天線在所工作的頻點具有設計步驟簡單、軸比性能可控、尺寸小、駐波帶寬寬等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種應用前景廣泛的采用HMSIW(Half-modeSubstrateIntegratedWaveguide，半模基片集成波導)技術的圓極化背腔縫隙天線，屬于天線

技術介紹
天線是無線通信系統的重要組成部分。無線通信的快速發展，對體積小、成本低、高增益以及易集成的天線產生迫切需求。傳統的背腔天線具有高增益、低前后比等優點，但也存在體積過大、不易與平面電路集成等缺點。圓極化天線能夠接收來自任意天線的任意極化電磁波，可以有效地提高接收和輻射效率，因此被廣泛地應用于實際的干擾與電子偵察中。圓極化天線可以利用喇叭天線、微帶天線或背腔天線等多種天線形式實現。隨著現代無線通信的快速發展，對結構簡單、易于平面集成、尺寸小、設計難度小、駐波帶寬寬的圓極化天線單元產生了很大需求。
技術實現思路
專利技術目的：本專利技術采用HMSIW技術，提供了一種可以滿足無線通信系統需要的、可應用于微波毫米波頻段的、易于設計和加工、易于平面集成、尺寸小、駐波帶寬更寬的平面圓極化背腔天線。通過激發半圓形諧振腔表面的半圓環形縫隙，及HMSIW的邊緣進行輻射，在遠場激勵起所需的圓極化輻射。該天線具有增益高、易于平面集成、尺寸小、駐波帶寬更寬、設計簡單等優點。技術方案：一種采用半?；刹▽У谋城豢p隙圓極化天線，包括由HMSIW構成的饋電線路、由HMSIW構成的半圓環形背腔以及半圓環形背腔正面的半圓形縫隙輻射單元。所述的饋線和半圓形背腔均由金屬通孔組成，其尺寸與天線的工作頻率有關。天線通過饋電探針對HMSIW腔體饋電，選擇主模半TM010模為半圓形HMSIW諧振腔的工作模式，通過公式計算半圓環形縫隙的內外半徑，，激勵起半圓環形縫隙與其內部的半圓形貼片所構成的半圓形結構在所需頻點兩側頻點的分別諧振，展寬了天線的駐波帶寬。結合半圓形結構同HMSIW的金屬邊緣在相同頻點的諧振，形成兩個正交的、相位差為90o的電場，在該頻點處得到結構的圓極化輻射特性。通過仿真微調半圓環形縫隙的尺寸可在所需頻點獲得最佳軸比性能，通過調節匹配網絡在所需頻點獲得最佳回波損耗性能。有益效果：與現有傳統背腔天線相比，本專利技術提供的采用半?；刹▽У谋城豢p隙圓極化天線具有如下優點：1)該天線采用HMSIW技術作為天線的饋線及背腔，在保留了傳統背腔天線優點的同時，帶來了平面結構、易于集成、加工簡單等優點。相較與傳統SIW背腔天線，減少了接近50％的尺寸。2)該天線采用半圓形諧振腔表面開半圓環形縫隙形成的半圓形結構，及HMSIW的金屬邊緣作為輻射單元，利用半圓環形縫隙和HMSIW的金屬邊緣輻射形成兩個正交的、相位差為90o的電場，在遠場形成圓極化輻射。3)該天線采用的半圓環形縫隙形成的半圓形結構帶來了更好的諧振特性，通過引入兩個諧振點，展寬了天線的駐波帶寬。附圖說明圖1為本專利技術天線的俯視圖；圖2為本專利技術天線的側面剖視圖；圖3為本專利技術的駐波比隨頻率變化的示意圖；圖4為本專利技術的增益和軸比隨頻率變化的示意圖；圖5為本專利技術在28GHz處的仿真和實測方向圖；圖6為本專利技術在28GHz處的仿真和實測方向圖。具體實施方式下面結合具體實施例，進一步闡明本專利技術，應理解這些實施例僅用于說明本專利技術而不用于限制本專利技術的范圍，在閱讀了本專利技術之后，本領域技術人員對本專利技術的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。該圓極化背腔縫隙天線由半?；刹▽П城患鞍雸A環形縫隙輻射單元構成。該天線采用單層印刷電路板(PrintedCircuitBoard，PCB)工藝加工。圖1為本專利技術圓極化背腔縫隙天線的俯視圖。圖中用斜線填充的圓形皆為金屬化通孔，其中利用多個第一金屬通孔5和多個第二金屬通孔4構成HMSIW的半圓形背腔及饋電線路，左側多個第二金屬通孔4排列的L形為SIW的饋電線路部分，饋電線路饋線電路還包括匹配電路，匹配電路由兩個第四金屬通孔3構成；右側為由多個第一金屬化通孔5構成的SIW圓形諧振腔，通孔直徑為d，間距為p；天線通過饋電探針對HMSIW腔體饋電，第三金屬通孔2的為饋電點，可通過在底層接同軸接頭進行饋電，其偏離HMSIW表層金屬邊緣的距離為w1；第四金屬通孔3為匹配電路，在此設計中由兩個金屬通孔組成，其窗口處的金屬通孔偏離HMSIW諧振腔邊緣通孔的距離為w2，匹配電路用以改善天線的匹配特性。圓形諧振腔的半徑為r3，其工作在半TM010模式，諧振腔的半徑r3遵循以下公式：f010=cp012πr3ϵrμr]]>(式1)其中，f010位諧振腔工作的頻率，也就是設計的天線的工作頻率；c為真空中的光速；εr為介質的相對介電常數；μr為介質的相對磁導率。圖1中白色未標記部分代表HMSIW表面的金屬層。以半圓環形縫隙1及HMSIW腔體的邊緣6組成的半圓環形結構的輻射單元，天線可實現右旋圓極化輻射；若將半圓環形縫隙1及HMSIW的半圓形背腔，按HMSIW腔體的邊緣6鏡像對稱，構成的天線可實現左旋圓極化輻射。圖中的標號1指向的由黑色實線包圍的灰色陰影，代表在HMSIW腔體表面通過PCB工藝腐蝕出的半圓環形縫隙輻射單元，及PCB單層板表面裸露的介質。其中，被裁半圓環形縫隙的內徑和外徑分別為r2和r1；其距離匹配電路3的縱向距離為l1，距離饋電點2的縱向距離為l2。半圓環形縫隙的等效半徑半徑re遵循以下公式：fcp=1.4c2πreϵe]]>(式2)其中，fcp半圓環形結構具有圓極化輻射性能時的工作頻率；re為半圓環形縫隙的等效半徑，即re＝(r1+r2)/2；εe為HMSIW腔體的等效介電常數，即εe＝(εe+1)/2。圖2為本專利技術圓極化背腔縫隙天線的側面剖視圖。其中，標號7和11分別為天線的上下金屬層，標號8為腐蝕于上層金屬層7的半圓環形縫隙輻射單元。標號12所代表的被灰色陰影填充的區域為天線的介質層，其高度為h。用實線包圍的斜線填充區域都為金屬化通孔，其中，中間的金屬化通孔為用于天線饋電的第三金屬化通孔2，兩側的金屬化通孔為構成HMSIW諧振腔和饋線的第一金屬化通孔5和第二金屬化通孔4。采用電磁仿真軟件對天線尺寸進行優化，得到天線尺寸參數如表1所示。各參數代表的意義已在上文說明。測試對象為利用PCB技術實現的工作在28GHz的圓極化HMSIW背腔縫隙天線。測試結果如圖3-圖6所示。圖3為本專利技術的駐波比隨頻率變化的示意圖；圖4位本專利技術的增益和軸比隨頻率變化的示意圖；圖5為本專利技術在28GHz處的XZ軸的實測方向本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用半?；刹▽У谋城豢p隙圓極化天線，其特征在于：包括由HMSIW構成的饋電線路、由HMSIW構成的半圓形背腔以及圓形背腔正面的半圓環形縫隙輻射單元；天線通過一個第三金屬通孔（2）向HMSIW腔體進行饋電，利用多個第一金屬通孔（5）和多個第二金屬通孔（4）構成HMSIW的背腔；以半圓環形縫隙（1）及HMSIW腔體的邊緣（6）作為半圓環形縫隙輻射單元，天線可實現右旋圓極化輻射。

【技術特征摘要】
1.一種采用半?；刹▽У谋城豢p隙圓極化天線，其特征在于：包括由HMSIW構成
的饋電線路、由HMSIW構成的半圓形背腔以及圓形背腔正面的半圓環形縫隙輻射單元；
天線通過一個第三金屬通孔（2）向HMSIW腔體進行饋電，利用多個第一金屬通孔（5）和
多個第二金屬通孔（4）構成HMSIW的背腔；以半圓環形縫隙（1）及HMSIW腔體的邊緣（6）作為
半圓環形縫隙輻射單元，天線可實現右旋圓極化輻射。
2.如權利要求1所述的采用半?；刹▽У谋城豢p隙圓極化天線，其特征在于：若
將半圓環形縫隙（1）及HMSIW的半圓形背腔，按HMSIW腔體的邊緣（6）鏡像對稱，構成的天線
可實...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王海明，無奇，余晨，洪偉，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32