基于基片集成波导四分之一模馈电的低剖面有源微带天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于基片集成波导四分之一模馈电的低剖面有源微带天线，包括介质基板、辐射贴片和支撑柱，介质基板的下表面设置有金属地板，上表面设置有四块金属片；四块金属片的内侧形成放置有源电路模块的空间，每块金属片的外侧通过金属化过孔与金属地板连接形成四分之一模基片集成波导腔，通过微带线与馈电网络连接；介质基板的中间位置集成有带金属屏蔽罩的有源电路模块；辐射贴片通过支撑柱的支撑位于介质基板上方。本发明专利技术不仅解决了同轴探针馈电的焊接加工问题和耦合缝隙馈电的地板不完整性问题，同时有效地拓展了带宽，提高了天线性能；并在不影响天线性能的基础上提高了空间利用率，降低了有源天线的整体剖面。

Low profile active microstrip antenna based on substrate integrated waveguide 1/4 mode feed

【技术实现步骤摘要】
基于基片集成波导四分之一模馈电的低剖面有源微带天线
本专利技术涉及天线
，尤其涉及一种基于基片集成波导四分之一模馈电的低剖面有源微带天线。
技术介绍
随着无线通信技术与需求的迅猛发展，天线和射频设备作为决定无线系统性能的关键元件面临越来越多的挑战：结构紧凑、系统重量小、信号质量高、功能多样等。传统的将天线与射频设备分离设计的方案已难于完全满足系统的要求，而有源集成天线作为一种顺应无线系统的发展趋势的解决方案已经得到了广泛的应用。有源天线发展到今天，我们已经可以总结出其在微波毫米波系统中相比较于传统的无源天线的一些独特优势：(1)系统性能上的优势。系统的信噪比决定着系统的性能，而有源集成天线避免了天线和射频前端模块之间多余的损耗，相较于传统方案有效地提高了信号的利用率、即系统效率，保证了系统信噪比不会有不必要的恶化。(2)系统体积上的优势。将射频前端电路和天线集成在一起，即可省去单独布置射频前端电路的空间，系统的体积就可以得到较好的控制。对于现在广泛应用的有源集成天线范例，如有源卫星导航接收天线等。大部分采用的均为在一块PCB上方设计一个宽波瓣的圆极化天线，将放大器、滤波器等有源电路设计在PCB底面一侧。在提及天线的低剖面特性时，也仅关注天线部分的剖面性能，但是针对实际情况而言，整个有源天线的剖面特性应该是天线部分和电路部分剖面的和。这样看来，现在大部分的有源天线在低剖面特性上讲还有这进一步优化的空间，即将有源电路部分装入天线内部的方案。另一方面，随着通信制式的标准越来越多，人们对于系统带宽的要求也就也来越宽。自然而然地，对天线的要求上也越来越严格，而针对常用有源低剖面微带天线而言，宽带性能也是一样的追求。目前微带天线的馈电方式主要可分为微带线侧馈、同轴线背馈、微带线临近耦合馈电和缝隙耦合馈电等，但是只有缝隙耦合馈电的方式有着拓宽天线带宽的潜力。然而，缝隙耦合馈电需要在微带天线的地板上开缝，这一点在系统越来越集成化的今天越来越难以接受，因为系统集成化必然会带来系统模块间电磁兼容的问题，而微带天线地板的不完整性对于系统电磁兼容而言着实是一个考验。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种基于基片集成波导四分之一模馈电的低剖面有源微带天线，该天线基于基片集成波导四分之一模馈电，不仅引入了另一种谐振模式，有效扩展了带宽；同时，该馈电方式相比较于同轴探针馈电，无需焊接，简化了加工生产，而相对缝隙耦合馈电，又保留了天线地板的完整性，不仅解决了由于地板开缝产生的电磁兼容问题，还为之后与其他模块集成加工制作多层板提供了有利条件。而将有源电路集成于天线内部，该设计在不影响天线性能的基础上将有源电路部分集成于天线内部，形成了紧凑结构，有效利用了微带天线本身的介质空间，大大降低了有源天线(考虑天线与电路的整体部分)的剖面。本专利技术提供的一种基于基片集成波导四分之一模馈电的低剖面有源微带天线，其特征在于，包括介质基板、辐射贴片和支撑柱，介质基板的下表面设置有金属地板，介质基板的上表面设置有四块金属片；四块金属片的内侧形成放置有源电路模块的空间，每块金属片的外侧通过金属化过孔与金属地板连接形成四分之一模基片集成波导腔，所述波导腔体通过微带线由馈电网络激励；介质基板的中间位置集成有带金属屏蔽罩的有源电路模块；辐射贴片通过支撑柱的支撑位于介质基板上方。进一步的，每块金属片还设置有长条形缝隙。即在四分之一模基片集成波导腔体上方制作一定长度和宽度的缝隙，可对激励的谐振进行调节，并增强谐振，改善为方便布局切角而造成的谐振性能损失。进一步的，金属片为内侧切角的矩形金属片，切角(矩形金属片被切去部分)在介质基板的中间位置形成放置有源电路模块的空间，每块金属片外侧的两边通过金属化过孔与金属地板连接形成四分之一模基片集成波导腔。进一步的，馈电网络为相位差为90°的五端口微带网络。进一步的，所述支撑柱为尼龙柱。进一步的，所述有源微带天线的高度为9.508mm，其中介质基板的厚度为0.508mm，支撑柱的高度为8mm，辐射贴片的厚度为1mm，带金属屏蔽罩的有源电路模块的高度为2.5mm。进一步的，介质基板的介电常数为3.66。进一步的，金属片长条形缝隙靠近该金属片内侧的一边与该金属片内侧的距离为4.7mm，金属片缝隙的长度为30.5mm，宽度为2mm。进一步的，介质基板、辐射贴片、有源电路模块和金属片均为正方形。进一步的，介质基板的边长为115mm，辐射贴片的边长为85.5mm，有源电路模块的边长为25mm，金属片的切角边长为20mm。本专利技术通过基片集成波导的四分之一模馈电，不仅解决了同轴探针馈电的焊接加工问题和耦合缝隙馈电的地板不完整性问题，同时引入新的谐振模式有效地拓展了带宽，提高了天线性能；并巧妙地将有源电路内置于天线内部，在不影响天线性能的基础上提高了空间利用率，直接降低了有源天线的整体剖面。本专利技术的有源微带天线具有低剖面、带宽增强的特点，设计紧凑，工艺简单，易于集成，成本低。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为本专利技术实施例提供的天线的侧视图；图2为本专利技术实施例提供的天线的俯视图；图3为本专利技术实施例提供的天线在不考虑馈电网络时的端口有源S11和增益曲线示意图；图4为本专利技术实施例提供的天线联合简单微带馈电网络时的端口S11参数曲线示意图；图5为本专利技术实施例提供的天线的增益与轴比曲线示意图；图6为本专利技术实施例提供的天线的轴比方向图；图7为本专利技术实施例提供的天线的增益方向图。其中，1-辐射贴片，2-支撑柱，3-金属地板，4-金属片，5-有源电路模块，6-介质基板，7-金属化过孔。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。如图1和图2所示，本专利技术的有源微带天线包括集成了带金属屏蔽罩的有源电路模块5的介质基板6、辐射贴片1和作为支撑非金属的支撑柱2，优选地，支撑柱2为尼龙柱。介质基板6的下表面设置有金属地板3，上表面设置有四块金属片4；四块金属片4的内侧形成放置有源电路模块5的空间，每块金属片4的外侧通过金属化过孔7与金属地板3连接形成四分之一模基片集成波导腔，该腔体由微带线激励；介质基板6的中间位置集成有带金属屏蔽罩的有源电路模块5，只需考虑金属屏蔽罩对天线性能的影响，将金属屏蔽罩代入到天线中一体化设计，高效利用微带贴片天线的空气介质空间。辐射贴片1通过支撑柱2的支撑位于介质基板6上方。由于四个相位相差90°的四分之一模基片集成波导馈电激励起两个具有90°相位差的微带天线的TM10模，从而辐射出稳定的圆极化波。在本专利技术的一个具体实施例中，如图1所示，天线的整体高度为9.508mm，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于基片集成波导四分之一模馈电的低剖面有源微带天线，其特征在于，包括介质基板、辐射贴片和支撑柱，介质基板的下表面设置有金属地板，介质基板的上表面设置有四块金属片；四块金属片的内侧形成放置有源电路模块的空间，每块金属片的外侧通过金属化过孔与金属地板连接形成四分之一模基片集成波导腔，所述波导腔体通过微带线由馈电网络激励；介质基板的中间位置集成有带金属屏蔽罩的有源电路模块；辐射贴片通过支撑柱的支撑位于介质基板上方。

【技术特征摘要】
1.一种基于基片集成波导四分之一模馈电的低剖面有源微带天线，其特征在于，包括介质基板、辐射贴片和支撑柱，介质基板的下表面设置有金属地板，介质基板的上表面设置有四块金属片；四块金属片的内侧形成放置有源电路模块的空间，每块金属片的外侧通过金属化过孔与金属地板连接形成四分之一模基片集成波导腔，所述波导腔体通过微带线由馈电网络激励；介质基板的中间位置集成有带金属屏蔽罩的有源电路模块；辐射贴片通过支撑柱的支撑位于介质基板上方。2.根据权利要求1所述的一种基于基片集成波导四分之一模馈电的低剖面有源微带天线，其特征在于，每块金属片还设置有长条形缝隙。3.根据权利要求1所述的一种基于基片集成波导四分之一模馈电的低剖面有源微带天线，其特征在于，金属片为内侧切角的矩形金属片，切角在介质基板的中间位置形成放置有源电路模块的空间，每块金属片外侧的两边通过金属化过孔与金属地板连接形成四分之一模基片集成波导腔。4.根据权利要求1所述的一种基于基片集成波导四分之一模馈电的低剖面有源微带天线，其特征在于，馈电网络为相位差为90°的五端口微带网络。5.根据权利要求1所述的一种基于基片集成波导四分之一模馈电的低剖...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙凯，汤悦，刘思豪，杨德强，陈波，
申请(专利权)人：成都电科星天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51