專利名稱：增益提高的背腔雙縫集成天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種由單個(gè)背腔雙縫構(gòu)成的增益提高的線極化天 線，可作為射頻收發(fā)前端的天線，廣泛應(yīng)用在移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)等無(wú)線通信系統(tǒng)，特 別適合于接收信號(hào)弱，需要高增益天線的應(yīng)用場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
做為通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，天線被廣泛地應(yīng)用于無(wú)線通信場(chǎng)合。天線性能的好壞 直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能。高性能的天線不但可以顯著提高系統(tǒng)的性能，獲取良好的接 收效果，同時(shí)可以極大地緩解后續(xù)射頻電路的指標(biāo)壓力，降低系統(tǒng)的成本。特別在雷達(dá)、衛(wèi) 星等空間應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)天線的需求不僅僅是優(yōu)異的輻射性能，而且對(duì)體積重量也具有嚴(yán)格 限制。在這些場(chǎng)合下設(shè)計(jì)具有低輪廓易共形的高性能天線尤其重要。傳統(tǒng)線極化天線的實(shí)現(xiàn)方式多種多樣，包括振子天線、環(huán)型天線、縫隙天線、口徑 天線和端射天線等等。振子天線、環(huán)型天線等具有制作簡(jiǎn)單易于設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但這種類型天 線單個(gè)輻射單元的性能較低?？p隙天線包括微帶天線和波導(dǎo)縫隙天線等，其中微帶形式構(gòu) 成的天線具有低輪廓易共形的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛，但同樣它單個(gè)輻射單元的性能也較低。 波導(dǎo)縫隙開槽天線適用于陣列天線應(yīng)用，單個(gè)輻射單元體積小，組成陣列尺寸縮減，陣列天 線具有主瓣寬度窄，方向圖可以賦形，交叉極化電平低等優(yōu)良特性，主要應(yīng)用于微波毫米波 雷達(dá)通信系統(tǒng)中等。但是基于傳統(tǒng)金屬波導(dǎo)技術(shù)的天線體積大，需要精密的機(jī)械加工工藝 才能實(shí)現(xiàn)給定的性能導(dǎo)致其成本高昂，限制了它的大范圍使用；口徑天線和端射天線的輻 射性能都比較好，但在實(shí)際應(yīng)用中他們體積都比較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高昂。背腔結(jié)構(gòu) 經(jīng)常應(yīng)用于天線設(shè)計(jì)當(dāng)中用以提高天線輻射性能。但傳統(tǒng)的背腔由光滑的金屬腔體構(gòu)成， 體積大加工成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種增益提高的背腔雙縫集成天線，這種新型線極化天線輻 射性能好，增益高，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)，易于加工，成本低，該天線與現(xiàn)有的背腔單 縫線極化天線相比增益提高約2dB。本發(fā)明的增益提高的背腔雙縫集成天線包括 介質(zhì)基片；
涂覆在介質(zhì)基片上表面的上金屬層和涂覆在介質(zhì)基片下表面的下金屬層； 多個(gè)貫穿上金屬層、介質(zhì)基片和下金屬層的電互連單元順序排列構(gòu)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(qū)域構(gòu)成的長(zhǎng)方體腔體，構(gòu)成電互連陣列的 任意兩個(gè)相鄰電互連單元之間的占空比大于1 ；
伸入腔體內(nèi)的饋電單元和在腔體區(qū)域內(nèi)部的金屬層上的兩條平行的直條形的縫隙。所述的介質(zhì)基片為單層介質(zhì)基片。
所述的電互連單元為金屬化通孔或金屬柱。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(dǎo) 傳輸線。所述的兩條平行的縫隙的長(zhǎng)度和寬度相同，且均與電互連陣列具有開口的一邊平 行，其中一條縫隙與饋電單元垂直相交。本發(fā)明的增益提高的背腔雙縫集成天線是在普通的介質(zhì)基片上通過(guò)采用平面電 路加工技術(shù)制造等效于傳統(tǒng)金屬腔的新型腔體結(jié)構(gòu)，從而極大地減小了背腔天線的體積。 與傳統(tǒng)背腔天線需要精密的機(jī)械加工不同的是這種新型天線包括饋電網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。與已有低輪廓背腔單縫天線利用在腔體中心位置附件的一條長(zhǎng)方形縫隙 切割二階模的電流回路來(lái)產(chǎn)生輻射相比，本發(fā)明的天線通過(guò)在腔體兩寬邊壁附近設(shè)置的兩 條平行長(zhǎng)方形縫隙切割二階模的電流回路來(lái)產(chǎn)生輻射。兩條長(zhǎng)方形縫隙具有等幅同相的場(chǎng) 分布，因此在主方向的輻射強(qiáng)度顯著增大，在天線輪廓不變的情況下增益提高約2dB。具體工作原理電磁能量由饋電線引入到由電互連陣列和兩金屬層構(gòu)成的長(zhǎng)方形 腔體中，在腔體中同時(shí)激勵(lì)起二階腔體諧振模式。當(dāng)腔體處于二階諧振模式時(shí)，在靠近腔體 壁位置的兩條長(zhǎng)方形縫隙幾乎不影響其場(chǎng)分布。這兩條縫隙能夠有效地切割同相分布的電 流，從兩條縫隙輻射出去的能量在天線輻射的正向同相疊加，從而使得輻射強(qiáng)度在主輻射 方向增大一倍。通過(guò)調(diào)節(jié)縫隙的長(zhǎng)度、腔體的邊長(zhǎng)就可以方便地調(diào)節(jié)天線的工作頻率。有益效果增益提高的背腔雙縫集成天線具有以下優(yōu)點(diǎn)
a.這種新型背腔集成天線在保留現(xiàn)有低輪廓背腔天線的優(yōu)異輻射特性的基礎(chǔ)上，利 用在腔體平行寬邊壁附近的兩條平行縫隙有等幅同相的電流分布特點(diǎn)，從而使得構(gòu)成的天 線增益顯著提高。整個(gè)天線包括饋電網(wǎng)絡(luò)和腔體都在介質(zhì)基片上實(shí)現(xiàn)，使得天線的體積極 大縮減，而且整個(gè)天線可以與射頻收發(fā)前端乃至整個(gè)系統(tǒng)完全平面無(wú)縫集成，提高了系統(tǒng) 的集成度。b.這種新型背腔集成天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，工作原理簡(jiǎn)單。在設(shè)計(jì)過(guò)程中只需要調(diào)節(jié)縫 隙的長(zhǎng)度、縫隙中心線與腔體寬邊壁的距離和腔體的邊長(zhǎng)就可以得到所需要的性能。結(jié)構(gòu) 參數(shù)少，大大縮短了設(shè)計(jì)和優(yōu)化的時(shí)間。c.這種新型背腔集成天線制造簡(jiǎn)單方便，用普通的平面電路工藝就可以實(shí)現(xiàn)。與 傳統(tǒng)背腔天線需要精密的機(jī)械加工相比，制造速度快，成本低廉。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的上金屬層結(jié)構(gòu)示意圖3是圖1的下金屬層結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明實(shí)施例隨頻率變化的增益曲線圖5是本發(fā)明實(shí)施例在中心頻率IOGHz時(shí)的輻射方向圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，增益提高的背腔雙縫集成天線包括厚度為0. 5毫米的介質(zhì)基片1，介質(zhì)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(zhì)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(nèi)壁鍍有金屬，形成電互連單元3。多個(gè)電互連單元3順 序排列為具有長(zhǎng)方形輪廓線的且長(zhǎng)方形邊長(zhǎng)分別為18. 2毫米和15. 9毫米的電互連陣列， 構(gòu)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(qū)域形成長(zhǎng)方形腔體。如圖2，金屬層5有用于饋電的帶地共面波導(dǎo)傳輸線2 (虛 線方框包含部分)，共面波導(dǎo)傳輸線2的長(zhǎng)度11. 3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(dǎo)傳輸線2從長(zhǎng)方形腔體寬邊的中心位置垂直伸 入腔體內(nèi)。如圖3，金屬層6對(duì)應(yīng)腔體的區(qū)域內(nèi)有兩條平行的完全相同的長(zhǎng)方形縫隙4，縫 隙4的長(zhǎng)度和寬度分別為16毫米和1毫米的，縫隙4的寬邊與長(zhǎng)方形腔體的寬邊壁平行且 中心線重合，縫隙4在窄邊方向的中心線和與之對(duì)應(yīng)平行的腔體邊壁的間距均為1. 5毫米。
具體結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)如下
權(quán)利要求
1.1、增益提高的背腔雙縫集成天線，其特征在于該天線包括介質(zhì)基片；涂覆在介質(zhì)基片上表面的上金屬層和涂覆在介質(zhì)基片下表面的下金屬層；多個(gè)貫穿上金屬層、介質(zhì)基片和下金屬層的電互連單元順序排列構(gòu)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(qū)域構(gòu)成的長(zhǎng)方體腔體；伸入腔體內(nèi)的饋電單元和在腔體區(qū)域內(nèi)部的金屬層上的兩條平行的直條形的縫隙。
2.如權(quán)利要求1所述的頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線，其特征在于所述的介質(zhì)基片 為單層介質(zhì)基片。
3.如權(quán)利要求1所述的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(quán)利要求1所述的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(dǎo)傳輸線。
5.如權(quán)利要求1所述的頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線，其特征在于所述的兩條平行 的縫隙的長(zhǎng)度和寬度相同，且均與電互連陣列具有開口的一邊平行，其中一條縫隙與饋電 單元垂直相交。
6.如權(quán)利要求1所述的頻帶展寬的低輪廓背腔集成天線，其特征在于構(gòu)成電互連陣列 的任意兩個(gè)相鄰電互連單元之間的占空比大于1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增益提高的背腔雙縫集成天線。傳統(tǒng)背腔天線尺寸大難加工，而已有的低輪廓背腔單縫天線增益小。本發(fā)明包括介質(zhì)基片、涂覆在介質(zhì)基片上表面的上金屬層和涂覆在介質(zhì)基片下表面的下金屬層；多個(gè)貫穿上金屬層、介質(zhì)基片和下金屬層的電互連單元順序排列構(gòu)成一邊具有開口的矩形的電互連陣列，上金屬層、下金屬層和電互連陣列包圍的區(qū)域構(gòu)成的長(zhǎng)方體腔體，饋電單元伸入腔體內(nèi)，在腔體區(qū)域內(nèi)部的金屬層上的兩條平行的直條形的縫隙。本發(fā)明的背腔雙縫集成天線輻射性能好、增益高、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，易于設(shè)計(jì)和加工。
文檔編號(hào)H01Q13/18GK102142619SQ20111002422
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者孫玲玲, 李金新, 李鵬, 羅國(guó)清 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)