[發明專利]基于基片集成波導SIW的背腔縫隙圓極化毫米波天線

在審

• 申請號: 201910544150.1
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110265787A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 洪濤;楊博光;趙哲民;劉英;姜文;龔書喜
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q13/18
• 分類號: H01Q13/18;H01Q1/50;H01Q1/38
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 楊春崗;陳宏社

一種基于基片集成波導SIW的背腔縫隙圓極化毫米波天線，該天線包括輻射層、功分層和饋電層；輻射層由SIW正方形諧振腔、第一金屬貼片和第一矩形介質板組成；功分層由功分器、第二金屬貼片和第二矩形介質板組成；饋電層由SIW結構、第三金屬貼片、第三矩形介質板和第四金屬貼片組成；SIW正方形諧振腔設有第一金屬通孔，上表面蝕刻矩形縫隙，中心貫穿有通孔；功分器由第二金屬通孔和探針組成，中心位置蝕刻功分層矩形耦合縫隙，周圍有圓形耦合縫隙，探針貫穿每個圓形耦合縫隙；SIW結構蝕刻有饋電層矩形耦合縫隙和饋電層金屬通孔；本發明天線的饋電網絡傳輸特性良好，工作頻帶內的增益強、帶寬寬，具有饋電結構簡單、低剖面和結構緊湊的優點。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，具體涉及背腔縫隙天線領域的一種基于基片集成波導SIW(Substrate Integrated Waveguide)的背腔縫隙圓極化毫米波天線，可用于毫米波無線通信系統。

背景技術

隨著移動互聯網和物聯網的快速發展，傳統的移動通信系統已經越來越無法滿足人們的需求，5G移動通信系統的研發被提上的日程。5G的提出促進了許多新技術的誕生，其中毫米波技術是眾多5G技術中最有效和最富創新的技術。傳統小于3GHz的移動通信頻率日趨擁擠不堪，而毫米波頻段的資源卻遠遠還沒有被開發。同時用于毫米波頻段的設備具有重量輕和體積小的優點，推動著毫米波系統向著小型化和模塊化的方向發展。

傳統的移動通信天線多為平面印刷天線，但隨著頻率的不斷升高，傳統的微帶等平面傳輸線易產生干擾諧波，其產生的能量損耗和激勵出的表面波嚴重的降低了天線的輻射效率，所以達不到毫米波的通信需求。基片集成波導和金屬波導具有相類似的低損耗特性，同時還具有低剖面的優勢，所以基片集成波導結構被大量運用在毫米波天線的設計中。

在傳統的通信中，“多徑效應”是無法回避且客觀存在的問題，其會導致嚴重的信號衰減。同時毫米波的波長短，繞射能力非常弱，多徑分量尤其多，所以相對而言“多徑效應”的影響更為顯著。因此，圓極化天線能夠有效的減小“多徑效應”造成的衰弱，且圓極化天線不會存在極化失配的問題，所以對圓極化毫米波天線研究是存在必要性的。

例如，電子科技大學在其申請的專利中“寬帶圓極化平板陣列天線”(申請號：201510268062.5，專利授權號：CN104953256 B)提出了名稱為寬帶圓極化平板陣列天線。該天線采用了一種相位延遲線對十字縫隙進行饋電的結構，激勵其四個寄生貼片，形成了圓極化輻射。該天線具有低成本和較寬的軸比帶寬的優點，但是由于其利用微帶線結構進行饋電，造成了比較大的能量損耗，從而導致輻射效率和增益的降低，限制了天線的應用。

例如，華南理工大學在其申請的專利中“一種高增益毫米波圓極化陣列天線”(申請號：201710950522.1，專利公布號：CN107749520 A)提出了名稱為一種高增益毫米波圓極化陣列天線。該陣列天線由輻射體陣列、饋電網絡和饋電金屬探針構成，輻射單元包括主輻射環、寄生輻射環和匹配圓環組成，最終實現了圓極化輻射。該天線基于基片集成波導結構，具有較低的損耗和較高的輻射效率和增益，但是該圓極化天線的軸比帶寬較窄，不適用于寬帶的毫米波應用場景。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提出一種基于SIW技術的背腔縫隙圓極化毫米波天線，用于解決現有毫米波圓極化天線軸比帶寬窄、天線增益和效率低的技術問題。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于基片集成波導SIW的背腔縫隙圓極化毫米波天線，其結構自上而下包括輻射層、功分層和饋電層，所述輻射層由四個順序旋轉排布的SIW正方形諧振腔、第一金屬貼片和第一矩形介質板組成；所述功分層由功分器、第二金屬貼片和第二矩形介質板組成；所述饋電層由矩形SIW結構、第三金屬貼片、第三矩形介質板和第四金屬貼片組成；所述第一金屬貼片、第二金屬貼片分別覆在第一矩形介質板和第二矩形介質板的上表面；所述第三金屬貼片、第四金屬貼片分別覆在第三矩形介質板的上表面和下表面；