基于siw技術的雙極化縫隙天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于SIW技術的雙極化縫隙天線，該雙極化縫隙天線結合了SIW技術、雙極化天線、縫隙天線的各個優(yōu)點，以SIW技術為基礎，在介質層的頂部覆銅層上增加了一個“回”形縫隙，通過調節(jié)“回”形縫隙的寬度大小來調節(jié)頻率，使之在所要的頻率上，并運用雙極化天線的制作，組合了+45°和-45°兩副極化方向相互正交的天線并同時工作在收發(fā)雙工模式下，運用了耦合饋電，使之信號通過介質層底部的覆銅層靠縫隙往天線上部發(fā)射。該雙極化縫隙天線結合了SIW技術、雙極化天線、縫隙天線的各個優(yōu)點，以SIW技術為基礎，現(xiàn)了雙極化縫隙天線的平面化和小型化，且能夠實現(xiàn)天線與電路的一體化集成。
【專利說明】基于SIW技術的雙極化縫隙天線
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及移動通信【技術領域】，尤其涉及一種基于SIW技術的雙極化縫隙天線。
【背景技術】
[0002]天線是移動通信網(wǎng)絡中的關鍵設備之一，是無線信號的出入口。如果把主設備比喻成移動通信系統(tǒng)的大腦，那么天線就可以比喻成嘴巴、眼睛或耳朵。天線質量的優(yōu)劣直接決定移動通信網(wǎng)絡的覆蓋效果和用戶感知的好壞。因此，天線對于移動通信的質量具有至關重要的作用，如果天線質量不好，即使主設備質量再好，網(wǎng)絡性能也無法得到體現(xiàn)。
[0003]由于長期以來的產(chǎn)品價格導向，移動通信領域用于天線的投資比重越來越低。目前，天線的投資在整個移動通信網(wǎng)絡中所占的比重不超過3%。過分地以價格因素為主導，導致天線廠商為了盈利和生存，更加降低對于天線材質、工藝、整體可靠性和穩(wěn)定度的關注，由此帶來的弊端逐漸顯現(xiàn)。
[0004]實際應用中發(fā)現(xiàn)，在使用初期相當比例的天線性能良好，能夠較好地滿足網(wǎng)絡覆蓋需求，但是在網(wǎng)應用一段時間后，天線可靠性降低導致性能不再滿足網(wǎng)絡覆蓋的要求。這正是由于天線的成本降低導致天線質量下降，無法長期在外部環(huán)境中應用。天線的質量造成移動通信網(wǎng)絡站點故障率逐漸提高，閉站維修或者更換設備帶來的損失甚至超過天線成本下降帶來的投資節(jié)省。因此，重視和認真解決天線質量下降帶來的各種問題，引導供應商生產(chǎn)滿足運營商實際應用需求的天線，提升天線質量以滿足網(wǎng)絡覆蓋效率和效果，提高網(wǎng)絡覆蓋的穩(wěn)定度和可靠性，促進天線產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，是整個產(chǎn)業(yè)界的責任，也是移動通信發(fā)展的必然要求。
[0005]天線的極化是指在天線最大的輻射方向上電場矢量的取向，是標志天線的重要特征。雙極化天線在同一帶寬內能發(fā)射兩種信號，即同時發(fā)射或接受兩個正交極化的電磁波。并同時工作在收發(fā)雙工模式下，因此其最突出的優(yōu)點是節(jié)省單個定向基站的天線數(shù)量。一般GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)的定向基站(三扇區(qū))要使用9根天線，每個扇形使用3根天線(空間分集，一發(fā)兩收)，如果使用雙極化天線，每個扇形只需要I根天線；同時由于在雙極化天線中，±45°的極化正交性可以保證+45°和-45°兩副天線之間的隔離度滿足互調對天線間隔離度的要求O 30dB),因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20?30cm ;另外，雙極化天線具有電調天線的優(yōu)點，在移動通信網(wǎng)中使用雙極化天線同電調天線一樣，可以降低呼損，減小干擾，提高全網(wǎng)的服務質量。如果使用雙極化天線，由于雙極化天線對架設安裝要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極化天線按相應覆蓋方向固定在鐵柱上即可，從而節(jié)省基建投資，同時使基站布局更加合理，基站站址的選定更加容易。
[0006]由于雙極化天線特有的優(yōu)點，能接收電磁波中全部極化信息，有強抗干擾、提高系統(tǒng)靈敏度和能構成變極化系統(tǒng)等能力，引起人們的廣泛興趣，在車輛防撞、電子偵探、電子對抗、無線電近感探測和雷達測量等系統(tǒng)中都能應用，有著很重大的意義。
[0007]而隨著現(xiàn)代微波毫米波電路系統(tǒng)的高速發(fā)展，其功能越來越復雜、電性能指標越來越高，同時其體積越來越小、重量越來越輕；整個系統(tǒng)迅速向小型化、輕量化、高可靠性、多功能性和低成本方向發(fā)展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技術對于開發(fā)商業(yè)化的低成本微波毫米波寬帶系統(tǒng)非常關鍵。因此，迫切需要發(fā)展新的微波毫米波集成技術。
[0008]基片集成波導(Substrate Integrated Waveguide, SIff)技術是近幾年提出的一種可以集成于介質基片中的具有低插損、低輻射、高功率容量等特性的新的導波結構，它可以有效地實現(xiàn)無源和有源集成，使微波毫米波系統(tǒng)小型化，甚至可把整個微波毫米波系統(tǒng)制作在一個封裝內；而且它具有和傳統(tǒng)矩形金屬波導相類似的傳輸特性，它可以用來構成多種形式的波導器件，同時基片集成波導由于具有加工成本低、加工精度較高、體積小、重量輕、較低的輻射損耗、較強的抗干擾性以及較高的集成度等特點，它可以用來設計高集成度的微波毫米波系統(tǒng)。因此由其構成的微波毫米波甚至亞毫米波部件及子系統(tǒng)具有高Q值、高功率容電，易與其它平面電路和芯片集成等優(yōu)點，同時由于整個結構完全為介質基片上的金屬化通孔陣列所構成，所以這種結構可以利用普通PCB工藝、LTCC工藝、甚至薄膜電路工藝精確實現(xiàn)。與傳統(tǒng)的波導形式微波毫米波器件的加工成本相比，基片集成波導微波毫米波器件的加工成本十分低廉，不需任何事后調試工作，非常適合微波毫米波電路的集成設計和大批量制作。

【發(fā)明內容】

[0009]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出了一種基于SIW技術的雙極化縫隙天線。
[0010]一種基于SIW技術的雙極化縫隙天線，包括帶有過孔的基板，所述基板包括介質層、位于介質層頂面的第一覆銅層、以及位于介質層底面的第二覆銅層，所述第一覆銅層上設有縫隙，所述第二覆銅層上設有饋電端；
[0011]所述縫隙繞成矩形，過孔分為兩組且分別處在所述矩形的內外兩側；
[0012]所述的饋電端為矩形覆銅片，所述饋電端為2個，且正交排布于介質層底部；
[0013]第一組過孔繞成切角矩形，且位于縫隙繞成的矩形的內部，該切角矩形同側的兩個角部為斜邊，所述的斜邊分別與對應饋電端的一組對邊垂直；
[0014]第二組過孔繞成開放矩形，且位于縫隙繞成的矩形的外部，該開放矩形同側的兩個角部為開放區(qū)域且每個開放區(qū)域的位置對應一個斜邊；
[0015]第二組過孔在開放區(qū)域處沿垂直于對應斜邊方向延伸排列至基板邊緣。
[0016]各個斜邊的對應饋電端應理解為從結構上看，與該斜邊在幾何位置上最近的饋電端。
[0017]過孔內部沉銅，貫穿介質層且將第一覆銅層和第二覆銅層導通。當過孔連續(xù)分布時相當于普通波導的壁，微波信號在里面?zhèn)鬏斍也粫孤?。本發(fā)明設有兩組，分別在縫隙繞成的矩形內外兩側，形成兩個金屬壁，與頂部(第一覆銅層)和底部(第二覆銅層)的金屬覆銅一起形成波導，即基片集成波導(Substrate Integrated Waveguide, SIW)。對微波信號來說，只能在基片集成波導的內部傳輸而無法泄露出去，當在波導上部開槽(即縫隙)，且槽的尺寸(即縫隙的長度)接近傳輸?shù)奈⒉ǖ牟ㄩL，滿足諧振條件時，內部的信號就會從縫隙處輻射出去形成天線。
[0018]本發(fā)明中的饋電端為位于介質層底部的饋電覆銅片，饋電端和介質層頂層的第一覆銅層構成微帶線，饋電端連接信號源，第一覆銅層開路(即沒有跟任何金屬相連接)。工作時微波信號從饋電端輸入饋電微帶線，通過耦合作用把微波信號傳輸進波導(即基片集成波導)，然后通過縫隙把微波信號輻射出去。由于整個天線結構完全對稱，通過設置兩個內部結構對稱的饋電端，即形成了雙極化天線。
[0019]本發(fā)明結合了 SIW技術、雙極化天線、縫隙天線的各個優(yōu)點，以SIW技術為基礎，在介質層的頂部覆銅層上增加了一個“回”形縫隙，通過調節(jié)“回”形縫隙的尺寸(即所述矩形的周長)來調節(jié)縫隙的諧振頻率，使之工作在所要的頻率上。通過底部相垂直的耦合饋電網(wǎng)絡，實現(xiàn)了雙極化工作模式。
[0020]為防止饋電端與第二覆銅層短路，所述介質層底面設有矩形的兩個環(huán)形未覆銅區(qū)域，該未覆銅區(qū)域的寬(短邊)分別與斜邊重合，且長度等于該斜邊的長度。所述的矩形覆銅片設置于環(huán)形未覆銅區(qū)域的環(huán)內，保證饋電端與第二覆銅層之間不接觸。
[0021]所述縫隙繞成的矩形的周長I為:
[0022]
【權利要求】
1.一種基于Siw技術的雙極化縫隙天線，包括帶有過孔的基板，所述基板包括介質層、位于介質層頂面的第一覆銅層、以及位于介質層底面的第二覆銅層，其特征在于，所述第一覆銅層上設有縫隙，所述第二覆銅層上設有饋電端； 所述縫隙繞成矩形，過孔分為兩組且分別處在所述矩形的內外兩側； 所述的饋電端為矩形覆銅片，所述饋電端為2個，且正交排布于介質層底部； 第一組過孔繞成切角矩形，且位于縫隙繞成的矩形的內部，該切角矩形同側的兩個角部為斜邊，所述的斜邊分別與對應饋電端的一組對邊垂直； 第二組過孔繞成開放矩形，且位于縫隙繞成的矩形的外部，該開放矩形同側的兩個角部為開放區(qū)域且每個開放區(qū)域的位置對應一個斜邊； 第二組過孔在開放區(qū)域處沿垂直于對應斜邊方向延伸排列至基板邊緣。
2.如權利要求1所述的基于SIW技術的雙極化縫隙天線，其特征在于，所述縫隙繞成的矩形的周長I為: /- 2 TT 其中λ為傳輸微波的波長，ε為介質層的介電常數(shù)。
3.如權利要求2所述的基于SIW技術的雙極化縫隙天線，其特征在于，所述過孔的直徑為 0.4mmο
4.如權利要求3所述的基于SIW技術的雙極化縫隙天線，其特征在于，相鄰兩個過孔的中心之間的距離為1mm。
5.如權利要求4所述的基于SIW技術的雙極化縫隙天線，其特征在于，第一組過孔中的過孔到所述縫隙繞成矩形的對應邊的距離為7.5_。
6.如權利要求5所述的基于SIW技術的雙極化縫隙天線，其特征在于，第二組過孔中的過孔到所述縫隙繞成矩形的對應邊的距離為2.6_。
7.如權利要求6所述的基于SIW技術的雙極化縫隙天線，其特征在于，所述開放矩形的開放區(qū)域中延伸排列的過孔到饋電端的相應邊的距離為5.2mm。
8.如權利要求7所述的基于SIW技術的雙極化縫隙天線，其特征在于，所述的介質層的材質為聚四氟乙烯或陶瓷。
【文檔編號】H01Q13/10GK103943963SQ201410111186
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權日:2014年3月24日
【發(fā)明者】張海力, 呂新江, 趙啟杰 申請人:紹興市精倫通信科技有限公司