[發明專利]一種基于基片集成波導的背腔縫隙雙頻圓極化天線

有效

• 申請號: 201611184431.3
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106654591B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 王海明;無奇;尹杰茜;余晨;洪偉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q13/18
• 分類號: H01Q13/18;H01Q1/50;H01Q5/50;H01Q5/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

1.一種基于基片集成波導的背腔縫隙雙頻圓極化天線，包括介質層，上下金屬層構成的天線本體，天線本體包括：用于測試的接地共面波導與SIW之間的轉接結構、由SIW傳輸線及感性窗構成的兩階匹配線路、由SIW構成的近似圓形背腔以及近似圓形背腔正面的兩個指數漸變形縫隙輻射單元，其特征在于，所述天線本體還包括多個外圍金屬通孔、6個內部金屬通孔、2個漸變式GCPW縫隙和2個指數漸變形縫隙；其中外圍金屬通孔、內部金屬通孔和漸變式GCPW縫隙關于中軸線對稱排布，指數漸變形縫隙不關于中軸線對稱；所述外圍金屬通孔構成水平放置的瓶形結構，包括順序連接的窄段、連接段、寬段和圓弧段，所述漸變式GCPW縫隙位于上層金屬層，分布在窄端和連接段對應的內側，其橫截面為窄矩形連接三角形的結構，所述內部金屬通孔分布在寬段對應的內側，在靠近連接段的一側其中4個內部金屬通孔排布在與軸向垂直的同一條直線上，在靠近圓弧段的一側，另外兩個內部金屬通孔排布在與軸向垂直的同一條直線；所述指數漸變形縫隙分布在圓弧段對應的內側，分別為外圈指數漸變形縫隙和內圈指數漸變形縫隙，2個指數漸變形縫隙的開口錯開。

2.如權利要求1所述的基于SIW的背腔縫隙雙頻圓極化天線，其特征在于，將所述的兩個指數漸變形縫隙輻射單元按SIW腔體的對稱中軸線鏡像對稱。

3.如權利要求1或2所述的基于SIW的背腔縫隙雙頻圓極化天線，其特征在于，所述近似圓形背腔的半徑為r₀與天線的工作頻率有關，具體的，近似圓形背腔工作在TM₀₁₀模式，其半徑r₀遵循以下公式：

其中，f₀₁₀為TM₀₁₀模式的工作頻率，也即天線的工作頻率；c為真空中的光速；p₀₁為0階貝塞爾函數的1次根；ε_r為介質的相對介電常數，μ_r為介質的相對磁導率。

4.如權利要求1或2所述的基于SIW的背腔縫隙雙頻圓極化天線，其特征在于，所述兩個指數漸變形縫隙分別由兩條指數漸變線條及連接兩條線條首部和尾部的線段構成，具體的，兩個指數漸變形縫隙由以下兩步得到：

第一步，由公式2得到在極坐標下四條指數漸變線段：

其中，r是極坐標中的半徑，是極坐標中的角度；

第二步，將i為1和2，3和4的首部和尾部分別用直線相連，并在極坐標下旋轉，構成外圈和內圈兩個縫隙結構，其中外圈縫隙結構的旋轉角度為θ₁，內圈縫隙結構的旋轉角度為θ₂，其初值選定為θ₁＝50°，θ₂＝355°。

5.如權利要求4所述的基于SIW的背腔縫隙雙頻圓極化天線，其特征在于，所述指數漸變形縫隙的參數r_i遵循以下公式：

其中，f_cp為給定的圓極化輻射頻點，c為真空中的光速，r_e＝(r₁+r₂)/2或r_e＝(r₃+r₄)/2為縫隙的等效半徑，ε_e＝(ε_r+1)/2為天線的等效介電常數，其中ε_r為介質的相對介電常數，縫隙寬度(r₁-r₂)或(r₃-r₄)選定初值為0.1r_e，由此可根據兩個圓極化頻點確定指數漸變形縫隙的參數r_i。

6.如權利要求1或2所述的基于SIW的背腔縫隙雙頻圓極化天線，其特征在于，所述匹配線路尺寸優化過程的主體通過差分進化算法聯合全波仿真軟件HFSS，得到在規定的參數w₁,w₂,l₁,l₂的物理可取值范圍內適應度F的最小值，并得到此時的參數w₁,w₂,l₁,l₂的取值，其中，適應度F表示為：

F:f(w₁,w₂,l₁,l₂)＝VSWR₁+VSWR₂ (式4)

其中，f(w₁,w₂,l₁,l₂)為由參數w₁,w₂,l₁,l₂決定的、通過HFSS全波仿真得出的天線在兩個頻率點處的VSWR的值計算；參數w₁,w₂分別表示天線匹配線路中兩組內部金屬通孔所構成的兩個感性窗結構的窗口大小；參數l₁,l₂則分別表示兩個感性窗的間距，及右側感性窗與天線輻射單元的中心點，也即圓弧段的中心點的間距；VSWR₁為天線在工作頻率范圍內的最低頻率點f₁點處的值，VSWR₂為天線在工作頻率范圍內的最高頻率點f₂點處的值。