專利名稱：平衡饋電式寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在通訊系統(tǒng)中使用的寬帶天線，尤其涉及一種平衡饋電式寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線單元。
背景技術(shù)：
微波毫米波天線在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中得到了大量廣泛的應(yīng)用。作為通信系統(tǒng)的一個必不可少的部件，現(xiàn)代通信系統(tǒng)對微波毫米波天線提出了很高的要求。首先它應(yīng)當(dāng)具有較高的增益和較好的方向性；其次天線能夠很方便的集成到其它系統(tǒng)電路之中；第三天線的尺寸要小，重量要輕，加工的成本要低，從而能夠使用于大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。另外，由于很多通信系統(tǒng)具有較寬的工作頻帶，因此需要天線具有較寬的帶寬。利用傳統(tǒng)的矩形金屬波導(dǎo)，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的微波毫米波天線。但是這類天線對加工的精度要求很高，特別是毫米波波段，天線的加工精度很難控制，這從而又直接影響了天線的性能。另一方面，這類天線很難集成。它需要一些比較復(fù)雜精密的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)才能將天線和系統(tǒng)電路無隙的結(jié)合在一起。另外，當(dāng)天線的開槽數(shù)目較多且所需天線單元陣列增益較高時，傳統(tǒng)的矩形金屬波導(dǎo)寬邊縱向縫隙陣列天線只能在窄帶工作。以上原因直接決定了，傳統(tǒng)的矩形金屬波導(dǎo)天線加工成本比較昂貴，難以直接實(shí)現(xiàn)天線與系統(tǒng)之間的無隙集成，不適合于寬帶通信系統(tǒng)。常用的基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線的帶寬和基片集成波導(dǎo)的厚度密切相關(guān)，當(dāng)基片集成波導(dǎo)的厚度較厚時可以有較寬的工作帶寬，但是當(dāng)基片集成波導(dǎo)的厚度很薄時，利用常規(guī)的基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線設(shè)計(jì)技術(shù)很難設(shè)計(jì)出寬帶寬和高增益的天線。當(dāng)微波毫米波電路工作于較高頻率(大于10GHz)時，如果使用較厚的介質(zhì)基片將會大大地增加電路系統(tǒng)的損耗，影響電路的性能，所以在高頻微波毫米波電路的設(shè)計(jì)中只能使用較薄的介質(zhì)基片，從而導(dǎo)致了在同一塊介質(zhì)基片上的基片集成波導(dǎo)具有很薄的厚度，因此利用常用基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線難以獲得寬帶寬和高增益，從而難以滿足通信系統(tǒng)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠拓寬工作頻帶帶寬的平衡饋電式寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線單元，具有體積小、重量輕、高Q值、低損耗、低成本、工作帶寬寬、單元增益高、易于集成的微波毫米波天線，適合于微波毫米波集成電路的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于通訊系統(tǒng)的平衡饋電式寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線單元，包括介質(zhì)基片，在介質(zhì)基片的頂面上設(shè)有金屬貼片，在介質(zhì)基片的地面上設(shè)有金屬貼片，在介質(zhì)基片上設(shè)有基片集成波導(dǎo)，在頂面上的金屬貼片上設(shè)有輻射縫，輻射縫位于基片集成波導(dǎo)的內(nèi)部區(qū)域且分列于基片集成波導(dǎo)的中心線兩側(cè)，在基片集成波導(dǎo)的兩端分別設(shè)有饋電點(diǎn)，上述基片集成波導(dǎo)由設(shè)在介質(zhì)基片上的2行金屬化通孔構(gòu)成，該金屬化通孔的兩端分別與頂面上的金屬貼片及地面上的金屬貼片連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明是利用了基片集成波導(dǎo)具有高Q值、低損耗的特點(diǎn)，首先在介質(zhì)基片的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了基片集成波導(dǎo)。這種波導(dǎo)工作具有和矩形金屬波導(dǎo)相類似的傳輸特性和場分布；利用本發(fā)明可以在較薄的介質(zhì)基片上形成寬邊縫隙陣列，實(shí)現(xiàn)了高增益、較好方向性、較寬帶寬的性能。在這種基片集成波導(dǎo)寬帶縫隙陣列天線的結(jié)構(gòu)中，基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)都是利用在介質(zhì)基片上打一系列的金屬通孔陣列、輻射縫是通過在金屬貼片上開縫的方式來實(shí)現(xiàn)，從而有利于這種天線在微波毫米波電路設(shè)計(jì)中的集成；天線性能的實(shí)現(xiàn)主要是由寬邊縫隙和平衡式饋電來實(shí)現(xiàn)；天線陣列的饋電網(wǎng)絡(luò)可以全部由多路寬帶基片集成波導(dǎo)功率分配器來實(shí)現(xiàn)，天線從基片集成波導(dǎo)兩端同時饋電，利用這種饋電網(wǎng)絡(luò)形成的平衡饋電寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線結(jié)構(gòu)比較簡單，損耗比較小。具體優(yōu)點(diǎn)如下1)這種平衡饋電寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線在微波毫米波電路的設(shè)計(jì)中易于集成；2)能夠具有較寬的帶寬，較小的尺寸，較輕的重量，較好的方向性，較高的增益；3)這種平衡饋電寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線具有較高的Q值，較低的損耗。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)主視圖。
圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖3是本發(fā)明金屬化通孔結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例天線陣列的反射系數(shù)測試結(jié)果。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例10.75GHz和11.25GHz時天線陣列的E面輻射方向圖測試結(jié)果。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例10.75GHz和11.25GHz時天線陣列的H面輻射方向圖測試結(jié)果。
圖7是以本發(fā)明為結(jié)構(gòu)單元，組合形成的平衡饋電式寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
一種用于通訊系統(tǒng)的平衡饋電式寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線單元，包括介質(zhì)基片1，在介質(zhì)基片1的頂面上設(shè)有金屬貼片2，在介質(zhì)基片1的地面上設(shè)有金屬貼片3，在介質(zhì)基片1上設(shè)有基片集成波導(dǎo)4，在頂面上的金屬貼片2上設(shè)有輻射縫5，輻射縫5位于基片集成波導(dǎo)4的內(nèi)部區(qū)域且分列于基片集成波導(dǎo)4的中心線兩側(cè)，在基片集成波導(dǎo)4的兩端分別設(shè)有饋電點(diǎn)61、62，上述基片集成波導(dǎo)4由設(shè)在介質(zhì)基片1上的2行金屬化通孔7構(gòu)成，該金屬化通孔7的兩端分別與頂面上的金屬貼片2及地面上的金屬貼片3連接，在本實(shí)施例中，位于基片集成波導(dǎo)4的中心線兩側(cè)的輻射縫5在基片集成波導(dǎo)4的中心線上的投影可以相重疊。上述金屬化通孔是在介質(zhì)基片上開設(shè)通孔，在通孔壁上設(shè)置金屬套9并將金屬套與覆于介質(zhì)基片雙側(cè)的金屬貼片連接起來。
我們在X波段所實(shí)現(xiàn)了以上介紹的平衡饋電寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線，用來構(gòu)成介質(zhì)集成波導(dǎo)金屬通孔的直徑為0.4mm，通孔之間的間距為0.8mm，介質(zhì)基片的相對電介電常數(shù)為2.4，該天線為一個16×15平衡饋電寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線(如圖7所示)，測試結(jié)果如圖4、5、6所示。
該天線在10.75GHz時H面輻射方向圖具有7.35度的3dB波瓣寬度，它的第一副瓣為-12.15dB。在11.25GHz時該天線E面輻射方向圖具有8.35度的3dB波瓣寬度，它的第一副瓣為-11.8dB。在10.75GHz時該天線E面輻射方向圖具有8.4度的3dB波瓣寬度，它的第一副瓣為-13.6dB。在11.25GHz時該天線E面輻射方向圖具有8.3度的3dB波瓣寬度，它的第一副瓣為-11.8dB。該天線的增益在11.0GHz時約為24dBi。
權(quán)利要求
1.一種用于通訊系統(tǒng)的平衡饋電式寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線單元，其特征在于包括介質(zhì)基片(1)，在介質(zhì)基片(1)的頂面上設(shè)有金屬貼片(2)，在介質(zhì)基片(1)的地面上設(shè)有金屬貼片(3)，在介質(zhì)基片(1)上設(shè)有基片集成波導(dǎo)(4)，在頂面上的金屬貼片(2)上設(shè)有輻射縫(5)，輻射縫(5)位于基片集成波導(dǎo)(4)的內(nèi)部區(qū)域且分列于基片集成波導(dǎo)(4)的中心線兩側(cè)，在基片集成波導(dǎo)(4)的兩端分別設(shè)有饋電點(diǎn)(61、62)，上述基片集成波導(dǎo)(4)由設(shè)在介質(zhì)基片(1)上的2行金屬化通孔(7)構(gòu)成，該金屬化通孔(7)的兩端分別與頂面上的金屬貼片(2)及地面上的金屬貼片(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡饋電式寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線單元，其特征在于該天線采用了平衡式饋電方式，位于基片集成波導(dǎo)(4)的中心線兩側(cè)有輻射縫(5)，不同的縫隙具有不同的長度，它們距基片集成波導(dǎo)中心線有著不同的距離，在基片集成波導(dǎo)(4)的中心線上的投影相重疊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于通訊系統(tǒng)的平衡饋電式寬帶基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線單元，包括介質(zhì)基片，在介質(zhì)基片的頂面上設(shè)有金屬貼片，在介質(zhì)基片的地面上設(shè)有金屬貼片，在介質(zhì)基片上設(shè)有基片集成波導(dǎo)，在頂面上的金屬貼片上設(shè)有輻射縫，輻射縫位于基片集成波導(dǎo)的內(nèi)部區(qū)域且分列于基片集成波導(dǎo)的中心線兩側(cè)，在基片集成波導(dǎo)的兩端分別設(shè)有饋電點(diǎn)，上述基片集成波導(dǎo)由設(shè)在介質(zhì)基片上的2行金屬化通孔構(gòu)成，該金屬化通孔的兩端分別與頂面上的金屬貼片及地面上的金屬貼片連接；本發(fā)明具有體積小、重量輕、高Q值、低損耗、低成本、工作帶寬寬、單元增益高、易于集成的微波毫米波天線，適合于微波毫米波集成電路的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01Q1/38GK1700515SQ20051004031
公開日2005年11月23日 申請日期2005年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月30日
發(fā)明者郝張成, 洪偉, 吳柯 申請人:東南大學(xué)