專利名稱：全向基片集成波導(dǎo)縫隙多天線陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種基片集成波導(dǎo)天線陣列?；刹▽?dǎo)(Substrate Integrated Waveguide，SIW)縫隙天線，采用雙面對稱縫隙時(shí)，可以形成E面的全向輻射特性，將多個(gè)SIW縫隙天線單元集成在同一塊介質(zhì)板上， 形成多天線陣列，并保持單個(gè)天線輻射方向圖不變，屬于通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，無線通信技術(shù)得到了快速發(fā)展并獲得了廣泛應(yīng)用。越來越多的通信系統(tǒng)要求低成本、易制作、易于和其它微波射頻平面電路集成的天線。高頻段、全向輻射、易制作、易集成的天線是目前的研究熱點(diǎn)之一，同時(shí)多天線技術(shù)(多輸入多輸出)也是目前的研隨著頻率提高，常見的開放電路損耗大、寄生輻射嚴(yán)重，而常見的輻射振子，如偶極子單元，單個(gè)輻射單元的增益有限，為提高輻射增益，需將多個(gè)輻射單元組成陣列，但同一個(gè)陣列中的輻射單元數(shù)目越多，饋電網(wǎng)絡(luò)就會越復(fù)雜。SIff縫隙天線，是在SIW表面金屬上開縫，形成輻射單元，可在一個(gè)SIW上，將多個(gè)縫隙組成陣列，無需添加額外的功率分配電路，即可有效地提高天線的輻射增益。SIW作為一種封閉結(jié)構(gòu)電路，損耗小、無寄生輻射，適合高頻段通信系統(tǒng)，同時(shí)制作簡單、成本低廉， 具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型提出一種工作在Ku波段，損耗小、寄生輻射弱、隔離和抗干擾能力強(qiáng)、全向基片集成波導(dǎo)縫隙多天線陣列。技術(shù)方案本實(shí)用新型的全向基片集成波導(dǎo)縫隙多天線陣列由多個(gè)并排排列的集成制作在一塊介質(zhì)板上的全向基片集成波導(dǎo)縫隙天線組成，兩相鄰全向基片集成波導(dǎo)縫隙天線之間的間距至少為單個(gè)全向基片集成波導(dǎo)縫隙天線的寬度。所述全向基片集成波導(dǎo)縫隙天線為雙面對稱基片集成波導(dǎo)縫隙天線，該天線的正面設(shè)有上表面金屬層，背面設(shè)有下表面金屬層，中間為介質(zhì)基片；其中在上表面金屬層和下表面金屬層上沿天線的周邊對稱的設(shè)有金屬化通孔將上表面金屬層和下表面金屬層連接， 在天線的中軸線兩側(cè)交替設(shè)有縫隙，在天線的中軸線的一端沒有設(shè)置金屬化通孔，在該端連接有微帶漸變線，微帶漸變線的另一端連接饋電線。所述饋電線為50歐姆微帶線。由于SIW縫隙天線具有平面結(jié)構(gòu)，將四個(gè)全向SIW縫隙天線集成、制作在同一塊介質(zhì)板上，形成SIW縫隙多天線陣列，為保持SIW縫隙多天線陣列中每個(gè)SIW縫隙天線的E面全向輻射特性，相鄰天線之間需留出一定的空氣距離。單個(gè)全向SIW縫隙天線的饋電線采用50歐姆微帶線，50歐姆微帶線和SIW之間采用微帶漸變線進(jìn)行阻抗匹配。多天線陣列中相鄰天線間留有一定的空氣間距，只在微帶線部分介質(zhì)板相連；[0011]有益效果在Ku波段，SIW電路損耗小、寄生輻射極低，SIW縫隙天線呈平面結(jié)構(gòu)天線，易于與其他微波射頻電路的共面、集成，同時(shí)SIW縫隙天線結(jié)構(gòu)簡單、易于采用標(biāo)準(zhǔn)PCB (印刷電路板)工藝加工。本實(shí)用新型將多個(gè)SIW縫隙天線集成、制作在一塊介質(zhì)板上，形成 SIW縫隙多天線陣列。(1)基于SIW技術(shù)設(shè)計(jì)的Ku波段縫隙輻射天線損耗小，寄生輻射弱；將SIW縫隙輻射單元組成陣列無需添加其他功率分配網(wǎng)絡(luò)，簡化了設(shè)計(jì)步驟、方便制作、減少損耗。(2)在本實(shí)用新型中，四個(gè)全向SIW縫隙天線集成、制作在一塊介質(zhì)板上，組成了一個(gè)SIW縫隙多天線陣列，保證了 SIW縫隙多天線系統(tǒng)中各天線的一致性；由于在相鄰天線之間留出空氣間隔，保持了 SIW縫隙多天線陣列中單個(gè)天線的全向輻射特性。(3)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，制作全部利用成熟的標(biāo)準(zhǔn)PCB工藝，成本低，容易批量生產(chǎn)，(4)本實(shí)用新型饋電網(wǎng)絡(luò)為封閉結(jié)構(gòu)，因而輻射小，隔離和抗干擾能力強(qiáng)，容易與其它平面微波射頻電路集成。

圖1為本實(shí)用新型全向SIW縫隙天線多天線陣列的平面圖；圖1為單個(gè)全向SIW縫隙天線上表面金屬層平面圖；圖3為單個(gè)全向SIW縫隙天線下表面金屬層平面圖；圖4實(shí)施例天線輸入端反射系數(shù)的仿真和測試結(jié)果，實(shí)施例多天線陣列相鄰和非相鄰天線間耦合測試結(jié)果；圖5實(shí)施例中單個(gè)天線的輻射方向圖測試結(jié)果；圖6實(shí)施例中多天線陣列中單個(gè)天線的輻射方向圖測試結(jié)果。圖中有，饋電線1，微帶漸變線2，金屬化通孔3，縫隙4，SIW傳輸線5，介質(zhì)基片6。
具體實(shí)施方式
單個(gè)全向SIW縫隙天線采用SIW上、下表面對稱縫隙作為輻射單元。SIW的上、下表面對稱開縫，形成一對縫隙，每對縫隙相對SIW中心線具有相同的偏移位置，實(shí)現(xiàn)天線的 E面全向輻射特性；單個(gè)全向SIW縫隙天線采用八對SIW縫隙形成輻射陣列，以提高天線的輻射增益，每對縫隙的長度、寬度相同，如圖2和圖3所示。將4個(gè)全向SIW縫隙天線集成為一個(gè)多天線陣列，制作在一塊介質(zhì)板上，如圖1所示，為了保持多天線陣列中單個(gè)天線的全向輻射特性，相鄰天線之間留出空間間距。實(shí)施例1 圖2給出了單個(gè)全向SIW縫隙天線上表面金屬結(jié)構(gòu)示意圖，圖3給出了單個(gè)全向SIW縫隙天線下表面金屬結(jié)構(gòu)示意圖?；刹▽?dǎo)是由兩排金屬化通孔3構(gòu)成， 50歐姆微帶饋電線1和SIW傳輸線5之間通過微帶漸變線2連接；基片集成波導(dǎo)的上、下表面均刻有縫隙4，上、下表面的縫隙呈對稱分布，共八對；每個(gè)縫隙相對于SIW的中心線有相同偏移，每個(gè)縫隙的長、寬均相同。圖3給出了全向SIW縫隙多天線陣列的結(jié)構(gòu)圖，為保持單個(gè)天線的輻射方向圖不變，相鄰天線間留出空氣間隔。制作的實(shí)例天線工作在14. 4GHz附近，圖中單個(gè)全向SIW縫隙天線寬度為20mm ； 微帶饋電線寬度為1.38mm;微帶漸變線的寬邊寬度為3mm ；微帶漸變線的垂直長度為2. 5mm ；金屬化通孔3的直徑為0. 6mm ；同一排金屬化通孔上兩通孔間距為Imm ；SIW傳輸線入口和最近的縫隙靠近端間距為5. 85mm ；相鄰兩縫隙靠近端垂直間距為)=1. 95mm ；終端金屬化通孔與最近的縫隙靠近端距離為0. 95mm ；縫隙與全向SIW縫隙天線中心線距離為 0. Imm ；縫隙寬度為0. Imm ；縫隙長度為=7. 75mm ；兩排金屬化通孔中心線距離為9. 2mm。實(shí)例中介質(zhì)基片采用了厚度為0. 5mm的介電常數(shù)為2. 65的Taconic (泰康尼克)作為介質(zhì)板。 實(shí)例天線按圖1和圖2所示的尺寸在上述基片上制作。圖4為實(shí)施例天線輸入端反射系數(shù)的仿真和測試結(jié)果，實(shí)施例多天線陣列相鄰和非相鄰天線間耦合測試結(jié)果，(由此可見，集成在一塊介質(zhì)板上的多天線系統(tǒng)中，天線間耦合度良好)。圖5為實(shí)施例中單個(gè)天線在14. 4GHz的輻射方向圖測試結(jié)果，單個(gè)天線具有良好的全向輻射特性。圖6為實(shí)施例中多天線陣列中單個(gè)天線在14. 4GHz的輻射方向圖測試結(jié)果，集成在一塊介質(zhì)板上的多天線系統(tǒng)中，單個(gè)天線保持了全向輻射特性。
權(quán)利要求1.一種全向基片集成波導(dǎo)縫隙多天線陣列，其特征在于該天線陣列由多個(gè)并排排列的集成制作在一塊介質(zhì)板上的全向基片集成波導(dǎo)縫隙天線組成，兩相鄰全向基片集成波導(dǎo)縫隙天線之間的間距至少為單個(gè)全向基片集成波導(dǎo)縫隙天線的寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全向基片集成波導(dǎo)縫隙多天線陣列，其特征在于，所述全向基片集成波導(dǎo)縫隙天線為雙面對稱基片集成波導(dǎo)縫隙天線，該天線的正面設(shè)有上表面金屬層，背面設(shè)有下表面金屬層，中間為介質(zhì)基片(6)；其中在上表面金屬層和下表面金屬層上沿天線的周邊對稱的設(shè)有金屬化通孔(3)將上表面金屬層和下表面金屬層連接，在天線的中軸線兩側(cè)交替設(shè)有縫隙(4)，在天線的中軸線的一端沒有設(shè)置金屬化通孔(3)，在該端連接有微帶漸變線(2 )，微帶漸變線(2 )的另一端連接饋電線(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全向基片集成波導(dǎo)縫隙多天線陣列，其特征在于，所述饋電線(1)為50歐姆微帶線。
專利摘要全向基片集成波導(dǎo)縫隙多天線陣列由多個(gè)并排排列的集成制作在一塊介質(zhì)板上的全向基片集成波導(dǎo)縫隙天線組成，兩相鄰全向基片集成波導(dǎo)縫隙天線之間的間距至少為單個(gè)全向基片集成波導(dǎo)縫隙天線的寬度。所述全向基片集成波導(dǎo)縫隙天線為雙面對稱基片集成波導(dǎo)縫隙天線，該天線的正面設(shè)有上表面金屬層，背面設(shè)有下表面金屬層，中間為介質(zhì)基片(6)；其中在上表面金屬層和下表面金屬層上沿天線的周邊對稱的設(shè)有金屬化通孔(3)將上表面金屬層和下表面金屬層連接，在天線的中軸線兩側(cè)交替設(shè)有縫隙(4)，在天線的中軸線的一端沒有設(shè)置金屬化通孔(3)，在該端連接有微帶漸變線(2)，微帶漸變線(2)的另一端連接饋電線(1)。
文檔編號H01Q21/00GK201956465SQ20112008528
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者余晨, 周健義, 洪偉 申請人:東南大學(xué)