[發明專利]基于高階腔體諧振模式的高增益集成天線

無效

• 申請號: 201110024228.0
• 申請日: 2011-01-21
• 公開（公告）號: CN102142617A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 羅國清;董林璽;黃剛;孫玲玲
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01Q13/18
• 分類號: H01Q13/18;H01Q1/38
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于微波技術領域，涉及一種基于高階腔體諧振模式的高增益集成天線，可作為射頻收發前端的天線，廣泛應用在移動通信、衛星通信、雷達等無線通信系統，特別適合于接收信號弱，需要高增益天線的應用場合。

背景技術

做為通信系統的關鍵部件，天線被廣泛地應用于無線通信場合。天線性能的好壞直接決定了整個系統的性能。高性能的天線不但可以顯著提高系統的性能，獲取良好的接收效果，同時可以極大地緩解后續射頻電路的指標壓力，降低系統的成本。特別在雷達、衛星等空間應用場合，對天線的需求不僅僅是優異的輻射性能，而且對體積重量也具有嚴格限制。在這些場合下設計具有低輪廓易共形的高性能天線尤其重要。

傳統線極化天線的實現方式多種多樣，包括振子天線、環型天線、縫隙天線、口徑天線和端射天線等等。振子天線、環型天線等具有制作簡單易于設計等優點，但這種類型天線單個輻射單元的性能較低。縫隙天線包括微帶天線和波導縫隙天線等，其中微帶形式構成的天線具有低輪廓易共形的優點，應用最為廣泛，但同樣它單個輻射單元的性能也較低。波導縫隙開槽天線適用于陣列天線應用，單個輻射單元體積小，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良特性，主要應用于微波毫米波雷達通信系統中等。但是基于傳統金屬波導技術的天線體積大，需要精密的機械加工工藝才能實現給定的性能導致其成本高昂，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，但在實際應用中他們體積都比較大，結構復雜，制造成本高昂。背腔結構經常應用于天線設計當中用以提高天線輻射性能。但傳統的背腔由光滑的金屬腔體構成，體積大加工成本高。

發明內容

本發明的目的是提供一種完全由平面電路加工技術實現的基于高階腔體諧振模式的高增益集成天線，這種新型天線輻射性能好，增益高，體積小，結構簡單，易于設計，易于加工，成本低，該天線與已有低輪廓背腔線極化天線相比在尺寸僅增大30%的基礎上增益可提高3dB。根據本發明提供的設計思路，通過利用更高階的腔體諧振模式，可在保持緊湊的天線尺寸前提下實現更高的天線增益。

本發明包括：介質基片；

涂覆在介質基片上表面的上金屬層和涂覆在介質基片下表面的下金屬層；

多個貫穿上金屬層、介質基片和下金屬層的電互連單元順序排列構成的電互連陣列，構成電互連陣列的任意兩個相鄰電互連單元之間的占空比大于1；

上金屬層、下金屬層和電互連陣列包圍的區域構成腔體；

伸入腔體內的饋電單元；

在腔體內部區域內貫穿上金屬層、介質基片和下金屬層的多個電互連單元組構成的多個調諧電互連組，構成調諧電互連組的任意兩個相鄰電互連單元之間的占空比大于1；

和在腔體區域內部的上金屬層的開設的多條相互平行的輻射縫隙。

所述的基于高階腔體諧振模式的高增益集成天線，其特征在于所述的介質基片為單層介質基片。

所述的基于高階腔體諧振模式的高增益集成天線，其特征在于所述的電互連陣列為具有開口的環形，饋電單元為由環型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傳輸線。

所述的基于高階腔體諧振模式的高增益集成天線，其特征在于所述的電互連單元為金屬化通孔或金屬柱。

本發明基于高階腔體諧振模式的高增益集成天線是在普通的介質基片上通過采用平面電路加工技術制造等效于傳統金屬腔的新型腔體結構，從而極大地減小了背腔天線的體積。與傳統背腔天線需要精密的機械加工不同的是這種新型天線包括饋電網絡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，并可與平面電路實現無縫集成。與已有低輪廓背腔單縫天線利用在腔體中心附近設置一條縫隙切割TE₂₁₀或TE₁₂₀模式的電流回路來產生輻射相比，本發明利用多條平行縫隙切割高階腔體模式（如三條平行縫隙對應的TE₂₂₀模式、六條平行縫隙對應的TE₃₃₀模式等）的電流回路產生的輻射定向性增強（如利用TE₂₂₀模式通過三條平行縫隙形成輻射的天線在尺寸增加約30%的情況下天線增益提高約3dB）。