基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能夠?qū)崿F(xiàn)對兩條彎折輻射縫隙同相饋電的基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線。該天線包括介質(zhì)基板、上表面金屬層、下表面金屬層，在上表面金屬層上刻蝕有T形共地共面波導輸入端，在下表面金屬層上刻蝕有第一彎折輻射縫隙、第二彎折輻射縫隙，所述T形共地共面波導輸入端跨過第一彎折輻射縫隙，T形共地共面波導輸入端的彎折處到基準線之間的距離為六邊形基片集成波導腔體的腔體中心到基準線距離的2/3，能夠激勵起中心工作頻率附近六邊形基片集成波導腔體內(nèi)TM110模式場分布，從而實現(xiàn)對兩條彎折輻射縫隙的同相饋電，而且兩條相向?qū)ΨQ彎折輻射縫隙的應用減小了天線的橫向尺寸。適合在天線【技術領域】推廣應用。
【專利說明】基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微波毫米波天線【技術領域】，具體涉及一種基于六邊形基片集成波導的 高階模諧振縫隙天線。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的金屬波導腔體縫隙天線具有主瓣寬度窄、輻射效率高、增益高和波束指向 固定等優(yōu)點，廣泛應用于微波毫米波雷達和通信系統(tǒng)之中。完整的金屬波導腔體縫隙天線 系統(tǒng)由多個金屬波導組成，在其中一部分終端短路的波導壁上刻蝕縫隙形成輻射單元，另 一部分波導作為饋電網(wǎng)絡。但是傳統(tǒng)的金屬波導腔體縫隙天線也存在設計困難、體積大、重 量重、成本高、加工和平面集成困難等問題。
[0003]基片集成波導的傳播特性與矩形金屬波導類似，利用基片集成波導技術構成的縫 隙天線，有著與傳統(tǒng)金屬波導腔體縫隙天線相似的性能。但是現(xiàn)有的基于六邊形基片集成 波導縫隙天線激勵的諧振模式一般較低導致輻射縫隙較少，一般只有一個縫隙，無法實現(xiàn) 對多個輻射縫隙的同相饋電，而高階模式激勵困難且易受干擾模式影響，因而獲得高增益 與理想方向圖較為困難。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對兩條彎折輻射縫隙同相饋電 的基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線。
[0005]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是:該基于六邊形基片集成波導的高 階模諧振縫隙天線，包括介質(zhì)基板以及設置在介質(zhì)基板表面的上表面金屬層、下表面金屬 層，所述介質(zhì)基板上設置有貫穿于介質(zhì)基板的金屬化通孔陣列，所述金屬化通孔陣列與上 表面金屬層、下表面金屬層共同圍成一個六邊形基片集成波導腔體，在上表面金屬層上刻 蝕有T形共地共面波導輸入端，在下表面金屬層上刻蝕有兩條彎折輻射縫隙，分別為第一 彎折輻射縫隙、第二彎折輻射縫隙，所述第一彎折輻射縫隙、第二彎折輻射縫隙以六邊形基 片集成波導腔體的腔體中心點對稱設置，所述第一彎折縫隙包括第一水平縫隙以及從第一 水平縫隙的兩端斜向上延伸的兩個第一傾斜縫隙，所述第一傾斜縫隙與第一水平縫隙的夾 角為鈍角并且連接在第一水平縫隙兩端的兩個第一傾斜縫隙沿第一水平縫隙的中垂線對 稱設置，所述第二彎折縫隙包括第二水平縫隙以及從第二水平縫隙的兩端斜向下延伸的兩 個第二傾斜縫隙，所述第二傾斜縫隙與第二水平縫隙的夾角為鈍角并且連接在第二水平縫 隙兩端的兩個第二傾斜縫隙沿第二水平縫隙的中垂線對稱設置，所述T形共地共面波導輸 入端跨過第一水平縫隙，T形共地共面波導輸入端的彎折處到基準線之間的距離為六邊形 基片集成波導腔體的腔體中心到基準線距離的2/3，所述基準線與第一水平縫隙平行并且 過位于第一水平縫隙下方的金屬化通孔的中心。
[0006]進一步的是，所述六邊形基片集成波導腔體的高度為天線中心工作頻率對應真空 波長的六十分之一。[0007]進一步的是，所述第一矩形輻射縫隙、第二矩形輻射縫隙的縫隙尺寸均相同。
[0008]進一步的是，所述介質(zhì)基板采用相對介電常數(shù)為2.2，厚度為0.508mm的Rogers5880 介質(zhì)板。
[0009]本發(fā)明的有益效果:通過在上表面金屬層上刻蝕有T形共地共面波導輸入端，在下表面金屬層上刻蝕有兩條彎折輻射縫隙，分別為第一彎折輻射縫隙、第二彎折輻射縫隙，所述第一彎折輻射縫隙、第二彎折輻射縫隙以六邊形基片集成波導腔體的腔體中心點對稱設置，所述第一彎折輻射縫隙包括第一水平縫隙以及從第一水平縫隙的兩端斜向上延伸的兩個第一傾斜縫隙，所述第一傾斜縫隙與第一水平縫隙的夾角為鈍角并且連接在第一水平縫隙兩端的兩個第一傾斜縫隙沿第一水平縫隙的中垂線對稱設置，所述第二彎折輻射縫隙包括第二水平縫隙以及從第二水平縫隙的兩端斜向下延伸的兩個第二傾斜縫隙，所述第二傾斜縫隙與第二水平縫隙的夾角為鈍角并且連接在第二水平縫隙兩端的兩個第二傾斜縫隙沿第二水平縫隙的中垂線對稱設置，所述T形共地共面波導輸入端跨過第一水平縫隙，T形共地共面波導輸入端的彎折處到基準線之間的距離為六邊形基片集成波導腔體的腔體中心到基準線距離的2/3，利用T形共地共面波導輸入端可以實現(xiàn)平面微帶電路結(jié)構與六邊形基片集成波導腔體結(jié)構的過渡和阻抗匹配，并激勵起中心工作頻率附近六邊形基片集成波導腔體內(nèi)TMlltl模式場分布，從而實現(xiàn)對兩條彎折輻射縫隙的同相饋電，而且兩條相向?qū)ΨQ彎折輻射縫隙的應用減小了天線的橫向尺寸，從而實現(xiàn)天線的小型化設計，提高了現(xiàn)代微波毫米波系統(tǒng)的集成度，另外，該基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線可采用成熟的PCB技術制造，具有成本低、精度高、重復性好、易加工、易平面集成的特點，可實現(xiàn)批量化生產(chǎn)制造。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線的結(jié)構示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線的側(cè)視圖；
[0012]圖3是本發(fā)明基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線的幾何尺寸示意圖；
[0013]圖4為本發(fā)明基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線在IOGHz處六邊形基片集成波導腔體內(nèi)TMlltl模式電場分布仿真圖；
[0014]圖5為本發(fā)明基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線的輸入端反射系數(shù)測試結(jié)果；
[0015]圖6為本發(fā)明基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線在IOGHz處E面和H面輻射方向圖測試結(jié)果，實線為E面，虛線為H面；
[0016]圖中標記說明:介質(zhì)基板1、上表面金屬層2、下表面金屬層3、金屬化通孔陣列4、六邊形基片集成波導腔體5、T形共地共面波導輸入端6、第一彎折輻射縫隙7、第一水平縫隙71、第一傾斜縫隙72、第二彎折輻射縫隙8、第二水平縫隙81、第二傾斜縫隙82。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0018]如圖1、2所示，該基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線，包括介質(zhì)基板I以及設置在介質(zhì)基板I表面的上表面金屬層2、下表面金屬層3，所述介質(zhì)基板I上設 置有貫穿于介質(zhì)基板I的金屬化通孔陣列4，所述金屬化通孔陣列4與上表面金屬層2、下 表面金屬層3共同圍成一個六邊形基片集成波導腔體5,在上表面金屬層2上刻蝕有T形共 地共面波導輸入端6，在下表面金屬層3上刻蝕有兩條彎折輻射縫隙，分別為第一彎折輻射 縫隙7、第二彎折輻射縫隙8，所述第一彎折輻射縫隙7、第二彎折輻射縫隙8以六邊形基片 集成波導腔體5的腔體中心點對稱設置，所述第一彎折輻射縫隙7包括第一水平縫隙71以 及從第一水平縫隙71的兩端斜向上延伸的兩個第一傾斜縫隙72，所述第一傾斜縫隙72與 第一水平縫隙71的夾角為鈍角并且連接在第一水平縫隙71兩端的兩個第一傾斜縫隙72 沿第一水平縫隙71的中垂線對稱設置，所述第二彎折輻射縫隙8包括第二水平縫隙81以 及從第二水平縫隙81的兩端斜向下延伸的兩個第二傾斜縫隙82，所述第二傾斜縫隙82與 第二水平縫隙81的夾角為鈍角并且連接在第二水平縫隙81兩端的兩個第二傾斜縫隙82 沿第二水平縫隙81的中垂線對稱設置，所述T形共地共面波導輸入端6跨過第一水平縫 隙71，T形共地共面波導輸入端6的彎折處到基準線之間的距離為六邊形基片集成波導腔 體5的腔體中心到基準線距離的2/3，所述基準線與第一水平縫隙71平行并且過位于第一 水平縫隙71下方的金屬化通孔的中心。通過在上表面金屬層2上刻蝕有T形共地共面波 導輸入端6，在下表面金屬層3上刻蝕有兩條彎折輻射縫隙，分別為第一彎折輻射縫隙7、第 二彎折輻射縫隙8，所述第一彎折輻射縫隙7、第二彎折輻射縫隙8以六邊形基片集成波導 腔體5的腔體中心點對稱設置，所述第一彎折輻射縫隙7包括第一水平縫隙71以及從第一 水平縫隙71的兩端斜向上延伸的兩個第一傾斜縫隙72，所述第一傾斜縫隙72與第一水平 縫隙71的夾角為鈍角并且連接在第一水平縫隙71兩端的兩個第一傾斜縫隙72沿第一水 平縫隙71的中垂線對稱設置，所述第二彎折輻射縫隙8包括第二水平縫隙81以及從第二 水平縫隙81的兩端斜向下延伸的兩個第二傾斜縫隙82，所述第二傾斜縫隙82與第二水平 縫隙81的夾角為鈍角并且連接在第二水平縫隙81兩端的兩個第二傾斜縫隙82沿第二水 平縫隙81的中垂線對稱設置，所述T形共地共面波導輸入端6跨過第一水平縫隙71，T形 共地共面波導輸入端6的彎折處到基準線之間的距離為六邊形基片集成波導腔體5的腔體 中心到基準線距離的2/3，利用T形共地共面波導輸入端6可以實現(xiàn)平面微帶電路結(jié)構與 六邊形基片集成波導腔體5結(jié)構的過渡和阻抗匹配，并激勵起中心工作頻率附近六邊形基 片集成波導腔體5內(nèi)TMlltl模式場分布，從而實現(xiàn)對兩條彎折輻射縫隙的同相饋電，而且兩 條相向?qū)ΨQ彎折輻射縫隙的應用減小了天線的橫向尺寸，從而實現(xiàn)天線的小型化設計，提 高了現(xiàn)代微波毫米波系統(tǒng)的集成度，另外，該基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙 天線可采用成熟的PCB技術制造，具有成本低、精度高、重復性好、易加工、易平面集成的特 點，可實現(xiàn)批量化生產(chǎn)制造。
[0019]在上述實施方式中，所述六邊形基片集成波導腔體5的高度為天線中心工作頻率 對應真空波長的六十分之一，可以有效抑制T形共地共面波導輸入端6所具有的縫隙結(jié)構 在相應頻率處的上半空間輻射，同時也可以使天線具有小尺寸、低輪廓、輕重量、高增益、高 輻射效率和高隔離度等特點。
[0020]另外，所述第一矩形輻射縫隙7、第二矩形輻射縫隙8的縫隙尺寸均相同，使得第 一矩形輻射縫隙7、第二矩形輻射縫隙8為具有相同中心工作頻率的諧振式輻射縫隙，它們 被中心工作頻率附近六邊形基片集成波導腔體5內(nèi)TMlltl模式場分布同相饋電，可以提高天線工作帶寬內(nèi)的增益。
[0021]實施例
[0022]該實施例中天線工作在X波段，中心工作頻率為10GHz，介質(zhì)基板I采用相對介電常數(shù)為2.2，厚度Hc=0.508mm的Rogers5880介質(zhì)板。天線的尺寸如圖3所示，具體參數(shù)如下所述:如圖 3 所不，天線具體尺寸為:Rc=9.7mm, Lms=4.3mm, Wms=L 5mm, Lcpwl=6.65mm，Lcpw2=l.35mm，Gcpw=0.5mm，Lsl=5.1mm，Ls2=3.5mm，Ws=0.8mm，theta=120 °，Os=L 2mm，Dv=Imm, Pv=L 4mm，Ov=L 15mm。
[0023]天線在中心工作頻率IOGHz處，六邊形基片集成波導腔體5內(nèi)TMlltl模式電場分布仿真結(jié)果如圖4所示，從圖中可以看出此時第一矩形輻射縫隙7、第二矩形輻射縫隙8同相饋電；天線輸入端反射系數(shù)測試結(jié)果如圖5所示，-1OdB相對帶寬為0.75%，并且有效抑制了微帶線轉(zhuǎn)接T形共地共面波導輸入端6所具有的縫隙結(jié)構在相應頻率處的上半空間輻射；天線在IOGHz處，最大增益測試結(jié)果為7.71dBi, E面和H面輻射方向圖測試結(jié)果如圖6所示，其中E面和H面半功率主瓣寬度測試結(jié)果分別為65°和90°。
【權利要求】
1.基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線，包括介質(zhì)基板(I)以及設置在介質(zhì)基板(I)表面的上表面金屬層(2)、下表面金屬層(3)，所述介質(zhì)基板(I)上設置有貫穿于介質(zhì)基板(I)的金屬化通孔陣列(4)，所述金屬化通孔陣列(4)與上表面金屬層(2)、下表面金屬層(3)共同圍成一個六邊形基片集成波導腔體(5)，其特征在于:在上表面金屬層(2)上刻蝕有T形共地共面波導輸入端(6)，在下表面金屬層(3)上刻蝕有兩條彎折輻射縫隙，分別為第一彎折輻射縫隙(7)、第二彎折輻射縫隙(8)，所述第一彎折輻射縫隙(7)、第二彎折輻射縫隙(8)以六邊形基片集成波導腔體(5)的腔體中心點對稱設置，所述第一彎折輻射縫隙(7)包括第一水平縫隙(71)以及從第一水平縫隙(71)的兩端斜向上延伸的兩個第一傾斜縫隙(72)，所述第一傾斜縫隙(72)與第一水平縫隙(71)的夾角為鈍角并且連接在第一水平縫隙(71)兩端的兩個第一傾斜縫隙(72)沿第一水平縫隙(71)的中垂線對稱設置，所述第二彎折輻射縫隙(8)包括第二水平縫隙(81)以及從第二水平縫隙(81)的兩端斜向下延伸的兩個第二傾斜縫隙(82)，所述第二傾斜縫隙(82)與第二水平縫隙(81)的夾角為鈍角并且連接在第二水平縫隙(81)兩端的兩個第二傾斜縫隙(82)沿第二水平縫隙(81)的中垂線對稱設置，所述T形共地共面波導輸入端(6)跨過第一水平縫隙，T形共地共面波導輸入端(6)的彎折處到基準線之間的距離為六邊形基片集成波導腔體(5)的腔體中心到基準線距離的2/3，所述基準線與第一水平縫隙(71)平行并且過位于第一水平縫隙(71)下方的金屬化通孔的中心。
2.如權利要求1所述的基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線，其特征在于:所述六邊形基片集成波導腔體(5)的高度為天線中心工作頻率對應真空波長的六十分之一 O
3.如權利要求1或2所述的基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線，其特征在于:所述第一矩形輻射縫隙(7)、第二矩形輻射縫隙(8)的縫隙尺寸均相同。
4.如權利要求3所述的基于六邊形基片集成波導的高階模諧振縫隙天線，其特征在于:所述介質(zhì)基板(I)采用相對介電常數(shù)為2.2,厚度為0.508mm的Rogers5880介質(zhì)板。
【文檔編號】H01Q1/50GK103531914SQ201310478680
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權日:2013年10月14日
【發(fā)明者】徐自強, 吳波, 劉昊, 尉旭波, 廖家軒, 汪澎, 楊邦朝, 田忠 申請人:電子科技大學