[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

本發明公開了一種基于基片集成波導的背腔縫隙雙頻圓極化天線，包括：用于測試的接地共面波導(Grounded Coplanar Waveguide,GCPW)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圓形背腔正面的兩個指數漸變縫隙輻射單元。采用本發明的方法所設計的天線可以在兩個頻點實現圓極化輻射。

技術領域

本發明涉及一種應用前景廣泛的采用SIW(Substrate Integrated Waveguide,基片集成波導)技術的雙頻圓極化背腔縫隙天線，屬于天線技術領域。

背景技術

天線是無線通信系統的重要組成部分。無線通信的快速發展，對體積小、成本低、高增益以及易集成的天線產生迫切需求。傳統的背腔天線具有高增益、低前后比等優點，但也存在體積過大、不易與平面電路集成等缺點。

圓極化天線能夠接收來自任意天線的任意極化電磁波，可以有效地提高接收和輻射效率，因此被廣泛地應用于實際的干擾與電子偵察中。圓極化天線可以利用喇叭天線、微帶天線或背腔天線等多種天線形式實現。隨著現代無線通信的快速發展，對低剖面易于平面集成、單向輻射、可以雙頻工作的圓極化天線單元產生了很大需求。

發明內容

發明目的：本發明采用SIW技術，提供了一種可以滿足無線通信系統需要的、可應用與微波毫米波頻段的、易于設計和加工、低剖面易于平面集成的雙頻圓極化背腔天線。通過激發近似圓形背腔表面的兩個指數漸變縫隙的諧振，在遠場激勵起所需的雙頻圓極化輻射。該天線具有定向輻射、低剖面、雙頻圓極化、單饋點方式等優點。

技術方案：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(Grounded CoplanarWaveguide,GCPW)與SIW之間的GCPW-SIW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圓形背腔正面的兩個指數漸變縫隙輻射單元。天線通過轉接結構對SIW腔體饋電，選擇主模TM₀₁₀模為圓形SIW諧振腔的工作模式，產生以支持指數漸變縫隙工作時所需的電場；設計兩個指數漸變縫隙使其在所需頻點產生諧振，在遠場形成兩個頻點的圓極化輻射。

所述天線本體包括多個外圍金屬通孔、6個內部金屬通孔和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。漸變式GCPW縫隙及窄端、連接段的外圍金屬通孔構成GCPW-SIW轉接結構，為饋電點，通過在GCPW處接同軸接頭進行饋電；由寬段的外圍金屬通孔構成的傳輸線和由內部金屬通孔構成的兩階感性窗一起構成匹配線路，為SIW的饋線部分；圓弧段的外圍金屬化通孔構成SIW近似圓形背腔，指數漸變縫隙構成作為輻射主體。GCPW-SIW轉接結構向天線腔體進行饋電，經由匹配線路，利用SIW近似圓形背腔和輻射主體，可實現兩個頻點的左旋圓極化輻射。

將兩個指數漸變縫隙輻射單元按SIW腔體的對稱中軸線鏡像對稱，構成的天線可實現雙頻右旋圓極化輻射。

所述近似圓形背腔的半徑為r₀，其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：