專利名稱：一種頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于微波技術領域，涉及一種頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線，可作為射頻收發前端的天線，廣泛應用在移動通信、衛星通信、雷達等無線通信系統，特別適合于接收信號弱，需要高增益天線的應用場合。
背景技術：
作為通信系統的關鍵部件，天線被廣泛地應用于無線通信場合。天線性能的好壞直接決定了整個系統的性能。高性能的天線不但可以顯著提高系統的性能，獲取良好的接收效果，同時可以極大地緩解后續射頻電路的指標壓力，降低系統的成本。特別在雷達、衛星等空間應用場合，對天線的需求不僅僅是優異的輻射性能，而且對體積重量也具有嚴格限制。在這些場合下設計具有低輪廓易共形的高性能天線尤其重要。當前已有的低輪廓易共形天線主要采用微帶天線或縫隙天線的形式，這類天線雖然具有低輪廓易共形易平面集成的優點，但它們帶寬較窄且單個輻射單元性能較低。為了提高這類天線的輻射特性，提供在這類天線單元附加金屬背腔可以顯著提高天線的輻射特性，但傳統的金屬背腔體積較大、難于加工且加工成本高昂，破壞了微帶天線或縫隙天線的低輪廓易集成的優點。近年來采用基片集成波導技術構成的新型背腔天線在保留了微帶天線低輪廓易集成優點的基礎上又同時保留了背腔天線的高輻射特性，但受限于工作原理所能實現的工作帶寬比較窄，限制了該類天線的應用。
發明內容本實用新型的目的是提供一種頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線，這種新型線極化天線輻射性能好，增益高，體積小，結構簡單，易于設計，易于加工，成本低，該天線與已有的低輪廓背腔線極化天線相比匹配阻抗帶寬得到極大地展寬。本實用新型的頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線包括介質基片；涂覆在介質基片上表面的上金屬層和涂覆在介質基片下表面的下金屬層；多個貫穿上金屬層、介質基片和下金屬層的電互連單元順序排列構成的電互連陣列；構成電互連陣列的任意兩個相鄰電互連單元之間的占空比大于1 ；上金屬層、下金屬層和電互連陣列包圍的區域構成腔體；伸入腔體內的饋電單元和在腔體區域內部的金屬層上的縫隙。所述的介質基片為單層介質基片。 所述的電互連單元為金屬化通孔或金屬柱。所述的電互連陣列為一邊具有開口的矩形；所述的饋電單元為由電互連陣列的開口處伸入的微帶線、共面條帶線或共面波導傳輸線；所述的縫隙為與電互連陣列具有開口的一邊平行的直條形縫隙。本實用新型在普通的介質基片上通過采用平面電路加工技術制造等效于傳統金屬腔的新型腔體結構，從而極大地減小了背腔天線的體積。與傳統背腔天線需要精密的機械加工不同的是這種新型天線包括饋電網絡可以采用普通的平面電路工藝制作(如印刷電路板、低溫共燒陶瓷等)，制作成本顯著降低，并可與平面電路實現無縫集成。與已有低輪廓背腔天線只利用單個二階腔體諧振模式來形成輻射相比，本實用新型的天線通過設置饋電線伸入腔體中合適的尺寸以及縫隙在腔體中合適的位置，可以同時激勵起二階腔體諧振模式和一個準一階腔體諧振模式，其中準一階腔體諧振模式的諧振區域位于非饋電端方向、 由長方形縫隙和腔體寬邊壁圍成的長方形區域。這兩種腔體諧振模式都可以產生有效輻射，從而在不增大天線尺寸的基礎上使得低輪廓的背腔集成天線匹配阻抗帶寬極大展寬。具體長方形腔體中，在腔體中同時激勵起一個二階腔體模式諧振和一個準一階腔體諧振模式。當腔體處于這兩種諧振模式時，在靠近腔體中心位置附件蝕刻的非諧振的長方形縫隙幾乎不影響其場分布且可以產生有效的輻射。調節長方形縫隙偏移腔體的中心位置的距離可以方便地調節在腔體中激勵起的兩種諧振模式的諧振頻率，并使之相互遠離， 從而有效展寬天線的匹配阻抗帶寬。本實用新型具有以下有益效果a.這種新型背腔集成天線在保留已有低輪廓背腔天線的高輻射特性的基礎上， 通過在腔體中心附近合適的位置設置的非諧振長方形縫隙并設置合適的饋電線尺寸，可在腔體中同時激勵起兩個不同的腔體諧振模式，從而使得天線的匹配阻抗帶寬極大展寬。整個結構包括饋電網絡和腔體都可以在介質基片上實現，使得天線的體積極大縮減，而且整個天線可以與射頻收發前端乃至整個系統完全平面無縫集成，提高了系統的集成度。b.這種新型背腔集成天線結構簡潔，工作原理簡單明了。在設計過程中只需要調節饋電線伸入腔體中的長度、縫隙在腔體中所處的相對位置和腔體的邊長就可以得到所需要的性能。結構參數少，大大縮短了設計和優化的時間。c.這種新型背腔集成天線制造簡單方便，用普通的平面電路工藝就可以實現。與傳統的需要精密機械加工的背腔天線相比，制造速度快，成本低廉。
圖1是本實用新型一實施例的立體結構示意圖；圖2是圖1的上金屬層結構示意圖；圖3是圖1的下金屬層結構示意圖；圖4是本實用新型實施例的回波損耗曲線圖；圖5是本實用新型實施例在頻率9. 7GHz時的輻射方向圖；圖6是本實用新型實施例在頻率10. 3GHz時的輻射方向圖。
具體實施方式
如圖1所示，頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線包括厚度為0. 5毫米的介質基片1， 介質基片1的兩面有金屬層，分別是金屬層5和金屬層6。貫穿介質基片1、金屬層5和金屬層6有直徑為1毫米的通孔，通孔內壁鍍有金屬，形成電互連單元3。多個電互連單元3順序排列為具有長方形輪廓線的且長方形邊長分別為17. 8毫米和12. 3毫米的電互連陣列， 構成電互連陣列的電互連單元孔間距相同，均為1.5毫米。金屬層5、金屬層6和電互連陣列所包含區域形成長方形腔體。如圖2，金屬層5有用于饋電的帶地共面波導傳輸線2 (虛線方框包含部分)，共面波導傳輸線2的長度1. 5毫米，空氣間隙的寬度和中間金屬條帶的寬度分別為0. 7毫米和1. 45毫米，共面波導傳輸線2從長方形腔體寬邊的中心位置垂直伸入腔體內。如圖3，金屬層6對應腔體的區域內有一條長度和寬度分別為16. 5毫米和0. 5 毫米的長方形縫隙4，縫隙4的寬邊與長方形腔體的寬邊平行，且兩者在寬邊方向的中心線重合，縫隙4在窄邊方向的中心線與腔體在饋電端的寬邊壁和非饋電端的寬邊壁距離分別為6. 3毫米和6. 0毫米。具體結構幾何參數如下
權利要求1.一種頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線，其特征在于該天線包括介質基片；涂覆在介質基片上表面的上金屬層和涂覆在介質基片下表面的下金屬層；多個貫穿上金屬層、介質基片和下金屬層的電互連單元順序排列構成的電互連陣列； 所述的電互連陣列為一邊具有開口的矩形；上金屬層、下金屬層和電互連陣列包圍的區域構成腔體；伸入腔體內的饋電單元和在腔體區域內部的金屬層上的縫隙。
2.如權利要求1所述的一種頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線，其特征在于所述的介質基片為單層介質基片。
3.如權利要求1所述的一種頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線，其特征在于所述的電互連單元為金屬化通孔或金屬柱。
4.如權利要求1所述的一種頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線，其特征在于所述的饋電單元為由電互連陣列的開口處伸入的微帶線、共面條帶線或共面波導傳輸線。
5.如權利要求1所述的一種頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線，其特征在于所述的縫隙為與電互連陣列具有開口的一邊平行的直條形縫隙。
6.如權利要求1所述的一種頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線，其特征在于構成電互連陣列的任意兩個相鄰電互連單元之間的占空比大于1。
專利摘要本實用新型涉及一種頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線。傳統天線的金屬背腔體積較大、難于加工且加工成本高昂。本實用新型包括介質基片、涂覆在介質基片上表面的上金屬層和涂覆在介質基片下表面的下金屬層。多個貫穿上金屬層、介質基片和下金屬層的電互連單元順序排列構成電互連陣列；上金屬層、下金屬層和電互連陣列包圍的區域構成腔體，饋電單元伸入腔體內，在腔體區域內部的金屬層上開有直線型縫隙。本實用新型在極大減小背腔天線的體積同時，顯著提高了該類型低輪廓天線的工作帶寬，且制作成本顯著降低，并可與平面電路實現無縫集成。
文檔編號H01Q13/18GK201966325SQ20112002032
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月21日 優先權日2011年1月21日
發明者孫玲玲, 李文鈞, 江坤, 羅國清 申請人:杭州電子科技大學