[發明專利]一種基片集成波導頻率可調縫隙天線

有效

• 申請號: 201210268491.9
• 申請日: 2012-07-31
• 公開（公告）號: CN102780092A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 程鈺間;樊勇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q13/10
• 分類號: H01Q13/10;H01Q1/38;H01Q1/50
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于頻率可調天線技術領域，特別涉及一種基片集成波導頻率可調縫隙天線。

背景技術

軟件無線電和其升級概念認知無線電是近年來移動通訊領域里的熱門技術，能夠靈活有效地管理頻譜資源，極大地提高頻譜利用率，降低工作頻率接近系統之間的互擾。軟件無線電和認知無線電要求天線具備可重構性，即依靠電或其他激勵手段，能夠改變天線的工作頻率或極化方式。

縫隙天線可通過微帶、共面波導等平面傳輸線饋電，以實現低剖面結構，但存在如下問題：1）饋線輻射對方向圖產生惡化；2）輻射方向圖受天線地大小影響很強；3）饋線和輻射單元分布于介質基片的兩側，無法與支撐面結合導致穩定性不高，適用場合受限。因此，基片集成波導饋電的縫隙天線贏得了廣泛關注，可以很好解決上述問題，同時保持低剖面的特性。

但是，基片集成波導是單導體結構，其金屬表面等勢，無法實現電位差。相較微帶等結構實現的頻率可調天線，基片集成波導結構中對可調二極管（如PIN管、變容管等）的直流偏置非常困難。若：1）通過跨接線對變容管饋電，但此時跨接線處于縫隙附近，對輻射影響較大；2）通過另一層專門饋電電路實現偏壓，但該層電路覆蓋于縫隙之上，難以用于天線設計；3）在基片集成波導表面直接印刷饋電線路，但是這些電路會改變基片集成波導的電氣性能，導致性能惡化嚴重。

因此，針對基片集成波導頻率可調縫隙天線的設計尚無合適方案。

發明內容

本發明的目的是為了實現頻率可調的基片集成波導縫隙天線，以滿足新一代通信系統對天線頻率可重構化的迫切需求。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種基片集成波導頻率可調縫隙天線，包括介質層3、位于介質層3正面的金屬層1和位于介質層3背面的金屬層2；金屬層1和金屬層2之間通過三排金屬化通孔4相連，并與介質層3一起構成基片集成波導結構；三排金屬化通孔4中有兩排相互平行、且位于金屬層2寬邊邊緣處，另一排位于金屬層2窄邊邊緣處、且垂直于相互平行的兩排金屬化通孔；位于金屬層2窄邊邊緣偏離基片集成波導結構中心線的位置處開有窗口，窗口內沒有金屬化通孔；

金屬層1偏離基片集成波導結構中心線的位置處開有矩形窗口12，矩形窗口12內具有輻射金屬貼片13，輻射金屬貼片13與高阻饋線14的一端相連，高阻饋線14從基片集成波導結構窄邊邊緣的窗口引出，高阻饋線14的另一端與偏置饋電金屬片15相連；輻射金屬貼片13通過矩形窗口12與金屬層1實現電隔離，高阻饋線14通過兩側的槽結構與金屬層1實現電隔離，穿出基片集成波導結構的高阻饋線14兩側連接有扇形微帶16；輻射金屬貼片13的兩側與金屬層1之間分別連接有一個變容二極管5；

基片集成波導結構中沒有金屬化通孔4的窄邊為信號輸入端。

進一步的，為了在加工時更加準確的確定變容二極管5的位置，在矩形窗口12兩側需要跨接變容二極管5的位置處刻有定位標記121。定位標記121可以是矩形、三角形等缺口標記。

本發明將傳統基片集成波導縫隙天線的單縫結構改變為雙縫結構（金屬輻射貼片13兩側與金屬層1之間分別具有一條縫），在雙縫中間形成相對于基片集成波導金屬層1獨立的金屬輻射貼片13，此時金屬層1和金屬輻射貼片13二者間可以存在直流壓降，便于對變容二極管5加載直流偏置；雙縫結構偏離基片集成波導結構中心線，以切割表面電流從而輻射能量，因此其作為輻射結構存在，不會影響基片集成波導的性能。另一方面，基片集成波導表面的雙縫結構等效為并聯諧振回路，變容二極管5并聯接入電路后，其電容值隨外加偏壓的變化而變化，從而改變諧振回路的諧振頻率，最終實現縫隙天線的頻率可調。在設計時，雙縫結構的長度（即矩形窗口12的長度）可以選擇為天線最短工作波長的二分之一；雙縫結構中心（即矩形窗口12或輻射金屬貼片13的幾何中心）處距離金屬層2窄邊邊緣所開窗口可以選擇為天線最短工作波長的四分之一。

本發明采用了高阻饋線14、偏置饋電金屬片15、扇形微帶16構成直流偏置電路，直流偏置加在偏置饋電金屬片15上，高阻饋線14和扇形微帶16用以抑制射頻信號，避免其進入直流回路。輻射金屬貼片13和扇形微帶16之間的高阻饋線14的長度可設置為天線中心工作頻率對應工作波長的四分之一；扇形微帶16的徑長設置為天線中心工作頻率對應工作波長的四分之一，夾角為50~70度。