[發明專利]基片集成波導諧振式縫隙陣列圓極化天線

有效

• 申請號: 200810020201.2
• 申請日: 2008-02-27
• 公開（公告）號: CN101232126A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 洪偉;陳志君;蒯振起;陳繼新;湯紅軍;余晨;曾志雄
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q21/24
• 分類號: H01Q21/24;H01Q1/38;H01Q13/00;H01Q13/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種可應用于衛星通信、電子偵察與對抗、雷達等無線通信領域的圓極化天線，該天線采用基片集成波導(Substrate?Integrated?Waveguide?SIW)饋電及平面印刷電路技術，完全采用PCB技術加工而成。

背景技術

傳統的金屬矩形波導具有高品質因數、大功率容量等優點。基于傳統波導制作的微波毫米波器件都有相當良好的性能，因此在無線通信各領域有廣泛的應用。基于金屬矩形波導的縫隙天線具有輻射功率大、增益高、交叉極化電平低、波瓣圖易調控等優點。但其體積笨重，成本高、加工工藝復雜又限制了它在現代通信系統中的應用，特別是難以和現代平面電路集成。為此，人們提出了多種適合平面印刷工藝的傳輸線技術，包括微帶線、槽線、共面波導等。這些技術較好地解決了與平面電路集成的問題。同時也存在著諸如功率容量小、損耗大、結構開放而不便密封等。近年來，基片集成波導(SIW)技術的出現很好地解決了這些問題。它在保持傳統矩形波導高功率、低損耗、高Q值的同時，還保留了一般平面印刷傳輸線易集成、輕量化、易加工、便于密封等優點。目前基片集成波導技術已得到了快速地發展，已有多種基片集成波導器件包括天線研制成功。鑒于基片集成波導技術的獨特優點以及圓極化天線在無線通信、衛星通信和軍事領域的應用，我們研究出了一種圓極化天線。

發明內容

技術問題：本發明的目的是在基片集成波導技術的基礎上提出一種基片集成波導諧振式縫隙陣列圓極化天線，該天線完全采用平面電路工藝，使其能很好地滿足天線與電路集成的要求，同時保留了矩形波導縫隙陣列天線的優點。

技術方案：本發明基片集成波導諧振式縫隙陣列圓極化天線，從結構上看包括基片集成波導三分貝定向耦合器、交叉相位功率分配器、45°線極化的諧振式縫隙陣列天線。基片集成波導三分貝定向耦合器直通端與耦合端輸出幅度相等、具有90度相位差的兩路信號，這兩路信號經過交叉相位功率分配器分別激勵兩副諧振式+45°/-45°線極化縫隙陣列天線，這兩路天線的輻射場空間正交，因此可得到圓極化波。

本發明的基片集成波導諧振式縫隙陣列圓極化天線包括介質基片、在介質基片正反兩面的金屬面和貫穿于正反兩層金屬面的金屬化通孔陣列，在該圓極化天線正面的下部為微帶轉接器，該微帶轉接器的上部接定向耦合器中的輸入端、隔離端，輸入端、隔離端通過中間耦合段連接直通端、耦合端，中間耦合段調節直通端和耦合端的功率分配，直通端和耦合端的上部分別接兩個對稱的交叉相位不等功率分配器，功率分配器的八個支路連接著八條輻射波導，設置在功率分配器中的功率分配器通過感性孔、容性窗口來調節功率分配器的匹配、各支路的功率分配以及相鄰支路的相位關系；在上部的八條輻射波導中，有兩個對稱的且輻射場正交的第一縫隙陣列和第二縫隙陣列刻蝕在各支路波導的上層金屬。

所述的輻射波導中交叉相位相鄰兩條的輻射波導長度差約為1/2的導波波長，用來彌補交叉相位功率分配器相鄰支路180度的相位差。方案中的三分貝定向耦合器采用了一種緊湊型的結構以節省面積，耦合段利用窄波導以縮減耦合端長度和抑制高次模；方案中的交叉相位耦合器利用金屬化通孔調節匹配和功率分配，各支路窗口的尺寸也起到功率分配的作用，窗口的位置可調節各支路的相位關系；45°線極化天線采用的是一種諧振式的方案。

有益效果：

1.該天線可由兩個輸入端口(定向耦合器的輸入端和隔離端)激勵，可自由選擇左旋或右旋的圓極化方式。

2.該天線采用了緊湊型的結構，包括緊湊型的定向耦合器以及交叉相位功率分配器，只需一級結構就實現功率分配，使得結構總面積大大減少。

3.用隔離端匹配的定向耦合器饋電，可使之獲得相應較寬的軸比帶寬。

4.用可調功率分配的交叉相位功率分配器，可以獲得較好的旁瓣抑制比。

5.整個天線的各部分都集成在一起，結構緊湊簡單，全部利用PCB工藝生產，成本低、精度高、重復性好，適合大量生產。

附圖說明

圖1是基片集成波導圓極化天線結構示意圖。

圖中包括基片集成波導1，微帶轉接器2，定向耦合器3，輸入端31，直通端32，耦合端33，隔離端34，中間耦合段35，對稱的交叉相位功率分配器4，感性孔41，容性窗口42，八條輻射波導5，對稱的縫隙陣列6，第一縫隙陣列61，第二縫隙陣列62。

具體實施方式

本發明的基片集成波導諧振式縫隙陣列圓極化天線(如圖1所示)，包括介質基片、在介質基片上的基片集成波導1(基片集成波導1由正反兩面的金屬11和貫穿于正反兩層金屬面的金屬化通孔陣列12圍成的區域組成)，該圓極化天線與測試端相連接部分為微帶轉接器2，該微帶轉接器2的上部接定向耦合器3中的輸入端31、隔離端34，輸入端31、隔離端34通過中間耦合段35接直通端32、耦合端33，中間耦合段35調節直通端32和耦合端33的功率分配，直通端32和耦合端33分別的上部接兩個對稱的交叉相位功率分配器4，該功率分配器4通過感性孔41、容性窗口42來調節功率匹配、各支路的功率分配以及相鄰之路的相位關系；交叉相位功率分配器4的八個支路連接著八條輻射波導5，相鄰兩條的輻射波導長度差約為1/2的導波波長，在上部的八條輻射波導5的上表面金屬，刻蝕這對稱的縫隙陣列6包括第一縫隙陣列61和第二縫隙陣列62。天線結構如圖1所示，尺寸單位均為nm。天線尺寸為130×227×0.5(L×W×H)。定向耦合器的直通端和耦合端輸出信號至兩個對稱交叉相位功率分配器，因而兩個4×16的縫隙陣列有90度相位差。為了彌補交叉相位功率分配器產生的180度相位差，4×16的縫隙陣列的四條波導長度不等，相鄰波導相差λ_g/2(其中λ_g為導波波長)。這種方法即節省了面積也達到了四條波導同相饋電的目的。