專利名稱：基片集成波導(dǎo)的雙頻縫隙天線的制作方法
基片集成波導(dǎo)的雙頻縫隙天線所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種工作在雙頻段的基片集成天線，該天線采用基片集成波導(dǎo) (Substrate Integrated Waveguide SIW)技術(shù)，特別適合于需要工作在間隔較大 的兩個(gè)頻段且對天線體積大小有限制的無線通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)金屬矩形波導(dǎo)縫隙陣列天線具有主瓣寬度窄、方向圖可以賦形、交叉極化 電平低等特點(diǎn)，在雷達(dá)和無線通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。然而，矩形波導(dǎo)縫隙陣 列天線體積較龐大，加工成本高，不適合與現(xiàn)代平面電路集成。為適應(yīng)系統(tǒng)集成和 設(shè)備輕量化的要求，人們提出了多種適合平面印刷工藝的天線技術(shù)，其中包括各種 微帶天線和印刷形式的天線。這些技術(shù)雖然較好地解決了與電路集成的要求，但也 存在著諸如功率容量小、交叉極化電平高等問題?；刹▽?dǎo)縫隙天線同時(shí)具有 傳統(tǒng)金屬矩形波導(dǎo)縫隙天線和平面印刷工藝的天線的優(yōu)點(diǎn)，能夠和現(xiàn)代平面電路集 成于同一塊介質(zhì)基片中，可以利用成熟的PCB技術(shù)加工，設(shè)計(jì)成本和生產(chǎn)成本低廉， 非常適合大規(guī)模生產(chǎn)。隨著個(gè)人無線通信技術(shù)和無線局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，很多的無線通信系統(tǒng)需要在 間隔較大的兩個(gè)頻段內(nèi)傳輸信號。如果為了實(shí)現(xiàn)雙頻段工作而采用兩副天線，則為 了減小它們之間的遮擋和干擾需要加大其安裝的間距，這無疑會加大系統(tǒng)占用的空 間，而現(xiàn)代無線通信技術(shù)要求系統(tǒng)占用的空間越小越好。為此這里提出了一種基于 基片集成波導(dǎo)縫隙天線技術(shù)的雙頻天線，這種天線在兩個(gè)工作頻段內(nèi)輻射特性基本 上相互獨(dú)立。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種基片集成波導(dǎo)的雙頻縫隙陣列天線，具有 在兩個(gè)工作頻段方向圖相互獨(dú)立，易于組陣實(shí)現(xiàn)高增益，交叉極化低、損耗小、體 積小、成本低、便于批量生產(chǎn)、易于和平面電路集成等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)方案本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)的雙頻天線具有在兩個(gè)工作頻段方向圖相互 獨(dú)立，易于組陣實(shí)現(xiàn)高增益，交叉極化低、損耗小、體積小、成本低、便于批量生 產(chǎn)、易于和平面電路集成等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于工作在雙頻的個(gè)人無線通信系統(tǒng)和 無線網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)。本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)的雙頻縫隙陣列天線制作在一塊介質(zhì)基片上，在介質(zhì)基 片的上表面敷有第一上表面金屬貼片、第二上表面金屬貼片，下表面敷有第一下表 面金屬貼片、第二下表面金屬貼片和貫穿于上下兩層金屬面的金屬化通孔陣列圍成 基片集成波導(dǎo)，基片集成波導(dǎo)由第一金屬化通孔所圍部分為第一波導(dǎo)、由第二金屬 化通孔所圍部分為第二波導(dǎo)、由第三金屬化通孔所圍部分為第三波導(dǎo)三個(gè)部分順序 連接構(gòu)成，第一波導(dǎo)的末端是第四金屬化通孔；在第一波導(dǎo)中的上金屬表面中心線 的兩側(cè)分別設(shè)有工作在高頻段的第一縫隙陣列，第三波導(dǎo)中的上金屬表面中心線上 設(shè)有工作在低頻段的第二縫隙陣列，在第二縫隙陣列的兩側(cè)交替的設(shè)有一個(gè)金屬化 通孔；第三波導(dǎo)的一端通過一段漸變微帶線與直微帶線相連。第一波導(dǎo)和第三波導(dǎo)所對應(yīng)的介質(zhì)基片的下表面設(shè)有與上表面的第一縫隙陣 歹lj、第二縫隙陣列完全對應(yīng)的第三縫隙陣列、第四縫隙陣列以實(shí)現(xiàn)全向天線。有益效果本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1. 這種天線能夠工作在兩個(gè)頻段，且兩個(gè)頻段可以間隔很大，同時(shí)它們的方 向圖相互獨(dú)立。2. 這種天線易于和平面電路集成。因?yàn)檫@種天線陣列完全在介質(zhì)基片上利用 金屬通孔實(shí)現(xiàn)，全部可以利用PCB工藝生產(chǎn)，成本低、精度高、重復(fù)性好，適合大 批量生產(chǎn)。3. 這種天線具有較低的損耗，可以實(shí)現(xiàn)較高的增益。


圖1是本發(fā)明基片集成波導(dǎo)的雙頻縫隙陣列天線的正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明基片集成波導(dǎo)的雙頻縫隙陣列天線的背面結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖2a為背面開縫組成全向天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b為背面不開縫組成單向天線的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例天線的結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖3a是正面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3b 是背面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明天線實(shí)物反射系數(shù)測試結(jié)果，
圖5是本發(fā)明天線工作在2. 46GHz時(shí)E面和H面方向圖測試結(jié)果， 圖6是本發(fā)明天線工作在3. 5GHz時(shí)E面和H面方向圖測試結(jié)果。 以上的圖中有第一上表面金屬貼片2、第二上表面金屬貼片3,第一下表面 金屬貼片21、第二下表面金屬貼片31、第一金屬化通孔41、第一波導(dǎo)I、由第二 金屬化通孔42、第二波導(dǎo)II、第三金屬化通孔43、第三波導(dǎo)III、第四金屬化通 孔5、第一縫隙陣列6、第二縫隙陣列7、金屬化通孔8、直微帶線9。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的雙頻天線是一種基片集成波導(dǎo)雙頻全向縫隙天線，該天線制作在一塊 介質(zhì)基片上，在介質(zhì)基片的上表面敷有第一上表面金屬貼片2、第二上表面金屬貼 片3，下表面敷有第一下表面金屬貼片21、第二下表面金屬貼片31和貫穿于上下 兩層金屬面的金屬化通孔陣列圍成基片集成波導(dǎo)，基片集成波導(dǎo)由第一金屬化通孔 41所圍部分為第一波導(dǎo)I、由第二金屬化通孔42所圍部分為第二波導(dǎo)n、由第三 金屬化通孔43所圍部分為第三波導(dǎo)ni三個(gè)部分順序連接構(gòu)成，第一波導(dǎo)I的末 端是第四金屬化通孔5;在第一波導(dǎo)I中的上金屬表面中心線的兩側(cè)分別設(shè)有工作 在高頻段的第一縫隙陣列6，第三波導(dǎo)III中的上金屬表面中心線上設(shè)有工作在低 頻段的第二縫隙陣列7，在第二縫隙陣列7的兩側(cè)交替的設(shè)有金屬化通孔8:第三 波導(dǎo)III的一端通過一段漸變微帶線3與直微帶線9相連。與第一波導(dǎo)I和第三波 導(dǎo)III所對應(yīng)的介質(zhì)基片的下表面設(shè)有與上表面的第一縫隙陣列、第二縫隙陣列完 全對應(yīng)的第三縫隙陣列61、第四縫隙陣列71以實(shí)現(xiàn)全向天線(如圖2(a)所示)， 也可以不設(shè)縫隙(如圖2(b)所示)則為單向輻射天線。
本實(shí)例利用上面介紹的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了工作在2. 4GHz/3. 5GHz兩個(gè)頻段的全向天 線，該天線可以應(yīng)用于集成個(gè)人無線通信和寬帶無線接入網(wǎng)的系統(tǒng)。天線結(jié)構(gòu)如圖 3所示，天線采用的介質(zhì)基片相對介電常數(shù)為2.2，介質(zhì)基片厚度為2mm,構(gòu)成基 片集成波導(dǎo)的金屬通孔直徑為0.3mm,通孔之間間距為0.8mm。天線的測試結(jié)果如 圖4、 5、 6所示，該天線在2. 437GHz到2. 474GHz和3. 456GHz到3. 556GHz兩個(gè)頻 段內(nèi)反射系數(shù)均小于-10dB，呈現(xiàn)明顯的雙頻特性。該天線工作于2. 46GHz時(shí)測量 增益為3. 87dB，方向圖E面的波紋小于0. 6dB;工作于3. 5GHz時(shí)測量增益為2. 61dB， 方向圖E面的波紋小于1.5dB。
權(quán)利要求
1.一種基片集成波導(dǎo)的雙頻縫隙陣列天線，其特征在于該天線制作在一塊介質(zhì)基片上，在介質(zhì)基片的上表面敷有第一上表面金屬貼片(2)、第二上表面金屬貼片(3)，下表面敷有第一下表面金屬貼片(21)、第二下表面金屬貼片(31)和貫穿于上下兩層金屬面的金屬化通孔陣列圍成基片集成波導(dǎo)，基片集成波導(dǎo)由第一金屬化通孔(41)所圍部分為第一波導(dǎo)(I)、由第二金屬化通孔(42)所圍部分為第二波導(dǎo)(II)、由第三金屬化通孔(43)所圍部分為第三波導(dǎo)(III)三個(gè)部分順序連接構(gòu)成，第一波導(dǎo)(I)的末端是第四金屬化通孔(5)；在第一波導(dǎo)(I)中的上金屬表面中心線的兩側(cè)分別設(shè)有工作在高頻段的第一縫隙陣列(6)，第三波導(dǎo)(III)中的上金屬表面中心線上設(shè)有工作在低頻段的第二縫隙陣列(7)，在第二縫隙陣列(7)的兩側(cè)交替的設(shè)有一個(gè)金屬化通孔(8)；第三波導(dǎo)(III)的一端通過一段漸變微帶線(3)與直微帶線(9)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)的雙頻縫隙陣列天線，其特征在于第 一波導(dǎo)(I)和第三波導(dǎo)(III)所對應(yīng)的介質(zhì)基片(1)的下表面設(shè)有與上表面的 第一縫隙陣列(6)、第二縫隙陣列(7)完全對應(yīng)的第三縫隙陣列(61)、第四縫隙 陣列(71)以實(shí)現(xiàn)全向天線。
全文摘要
基片集成波導(dǎo)的雙頻縫隙陣列天線適合于需要工作在間隔較大的兩個(gè)頻段且對天線體積大小有限制的無線通信系統(tǒng)，該天線制作在一塊介質(zhì)基片上，基片集成波導(dǎo)由第一金屬化通孔(41)所圍部分為第一波導(dǎo)(I)、由第二金屬化通孔(42)所圍部分為第二波導(dǎo)(II)、由第三金屬化通孔(43)所圍部分為第三波導(dǎo)(III)三個(gè)部分順序連接構(gòu)成，第一波導(dǎo)(I)的末端是第四金屬化通孔(5)；在第一波導(dǎo)(I)中的上金屬表面中心線的兩側(cè)分別設(shè)有工作在高頻段的第一縫隙陣列(6)，第三波導(dǎo)(III)中的上金屬表面中心線上設(shè)有工作在低頻段的第二縫隙陣列(7)，在第二縫隙陣列(7)的兩側(cè)交替的設(shè)有一個(gè)金屬化通孔(8)；第三波導(dǎo)(III)的一端通過一段漸變微帶線(3)與直微帶線(9)相連。
文檔編號H01Q13/10GK101227028SQ20081001916
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者晨 余, 曾志雄, 湯紅軍, 偉 洪, 蒯振起, 陳繼新 申請人:東南大學(xué)