差分输入端口的SIW馈电结构以及天线阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种差分输入端口SIW馈电结构以及天线阵列，包括TE10模SIW和位于所述TE10模SIW上方的TE20模SIW，所述TE10模SIW包括面对面错开的一对功分结构，每一功分结构包括朝向第一方向的N级功分臂，两个所述功分结构的2

【技术实现步骤摘要】
差分输入端口的SIW馈电结构以及天线阵列
本专利技术涉及通信领域，尤其涉及一种差分输入端口的SIW馈电结构以及天线阵列。
技术介绍
随着毫米波频段的开发，高性能的毫米波天线阵列研究得到了广泛的关注。而越来越多的通信制式并存、通信设备的爆炸式增长带来了越来越复杂的电磁环境，给通信系统带来了各类电磁干扰。差分系统由于工作信号的等幅反相，具有固有的对共模噪声信号的抑制能力，近年来也成为了微波
的研究热点之一。具有差分端口的天线，无需经过巴伦即能与差分系统进行端接，减少了不必要的损耗和体积。同时，差分馈电的天线在抑制杂散模式、降低交叉极化，提高方向图对称性能方面具有非常明显的优势。在已有的报道中，差分天线多用探针、微带线等馈电，但是这类馈电方式中的外露的结构容易引起辐射泄漏降低天线的辐射效率。而且这类馈电方式在天线阵列设计中也常常由于大体积的差分功分网络的使用带来布局的困难。低损耗的波导结构在毫米波频段的馈电网络中更受欢迎，但是传统金属波导体积也比较大，而基片集成波导(SIW)作为具有平面电路与传统波导双重优势的导行系统更适合应用于毫米波频段。用SIW对毫米波频段的天线和阵列馈电，既保证了较低的损耗，又易于器件间的集成，其闭合的结构也易于实现器件的自封装。利用SIW高次模相邻半波间的反相特征实现差分馈电有利于简化馈电网络。SIW主模与高次模的转换结构对天线馈电能够提供更宽的工作带宽。在常见的SIW结构中的差分端口多利用SIW上下两层地进行设置，对于需要差分端口多层SIW结构馈电的天线来说，这种设置方式并不利于发挥差分馈电的天线在抑制杂散模式、降低交叉极化、提高方向图对称性方面的优势。为能直接与差分系统端接，同时发挥SIW结构的易集成优势，寻求具有平面布局差分端口的SIW馈电结构并利用其对天线阵列进行差分馈电成为了本设计的目标。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种差分输入端口的SIW馈电结构以及天线阵列。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种差分输入端口的SIW馈电结构，包括TE10模SIW和位于所述TE10模SIW上方的TE20模SIW；所述TE10模SIW包括面对面错开的一对功分结构，每一功分结构包括朝向第一方向的N级功分臂，两个所述功分结构的2N个最后级功分臂面对面设置，并在第二方向上错开TE10模横向半波长宽度一一对接且对接线沿第一方向；TE10模SIW顶部沿对接线开设2N个第一耦合缝隙以提供2N个具有反相特性的信号激励所述TE20模SIW，第一耦合缝隙的间隔设置为TE20模横向半波长宽度，所述TE20模SIW包括2N个TE20模SIW腔，所述2N个TE20模SIW腔顶部形成有与之一一对应的2N组第二耦合缝隙，每一组由M对第二耦合缝隙组成，每一对第二耦合缝隙输出一对差分信号，以激励辐射单元阵形成天线阵列；每一所述TE20模SIW腔沿对应的第一耦合缝隙所在的纵向对称线上在避开第一耦合缝隙的其他部分设置有短路通孔，以抑制该腔的主模。优选地，包括两层介质基板，底部介质基板的下表面设置第一金属地、上表面设置第二金属地，顶部介质基板的下表面设置第三金属地、上表面设置第四金属地，所述第一金属地上在每一功分结构的输入位置处开设有与之对应的馈电输入缝隙，第二、第三金属地共同形成的整体开设所述2N个第一耦合缝隙，第四金属地开设所述2N组第二耦合缝隙；贯穿底部介质基板、第一金属地、第二金属地的金属化过孔形成所述一对功分结构，贯穿顶部介质基板、第三金属地、第四金属地的金属化过孔形成的所述2N个TE20模SIW腔。本专利技术另一方面还公开了一种天线阵列，由多层介质基板压合形成，多层介质基板的平面尺寸相同，其中，最底部的两层介质基板被设计成如前任一项所述的SIW馈电结构。优选地，最顶部的介质基板镂空形成多个部分，所述多个部分包括2N个矩形部，每一所述矩形部的两个长边与其他部分之间为镂空区域，每一矩形部的两个短边其他部分连接；每一所述矩形部上开设有多排金属化过孔以将整个所述矩形部划分为沿所述矩形部分布的M个矩形谐振器单元，所述谐振器单元的长边长度大于1.5倍短边长度，谐振器单元的工作模式电场垂直于其长边；2N个矩形部与2N组第二耦合缝隙一一对应，每一矩形部上的M个矩形谐振器单元和与之对应的一组第二耦合缝隙中的M对第二耦合缝隙一一对应。优选地，所述矩形部的两个短边与其他部分的交界处分别开设一排所述金属化过孔。优选地，所述N个矩形部相互之间平行。优选地，所述多个部分还呈矩形环状的环形部，所述2N个矩形部均连接于所述环形部的一对侧边之间，所述矩形部与所述环形部的另一对侧边平行。优选地，所述M个矩形谐振器单元分为两组，两组矩形谐振器单元之间间隔一定距离，每一组矩形谐振器单元包含M/2个矩形谐振器单元，同一组的M/2个矩形谐振器单元由M/2+1排所述金属化过孔间隔形成。优选地，最顶部的介质基板与其下方的介质基板上表面的金属地之间通过半固化片粘接。本专利技术的差分输入端口的SIW馈电结构以及天线阵列，具有以下有益效果：本专利技术可以直接与毫米波差分系统对接，能够给天线单元或子阵列提供同相的差分馈电；进一步地，本专利技术中的天线中，利用介质基板通过镂空设计以及开设金属化过孔，形成至少一个谐振器单元，每一谐振器单元的尺寸满足长边大于1.5倍短边，工作模式在x方向边缘场强可以忽略不计，在短边加载金属化过孔即在边缘上加载金属壁，即将原来的磁壁换成电壁，不会影响工作模式的电磁场分布，也不会改变其谐振频率，而且金属壁的加入能够阻断谐振器单元中的某些寄生模式，保证天线的性能，由于本专利技术是利用介质基板镂空处理形成，谐振器单元并非孤立的，而是共同形成一层结构，如此在制作天线时，可以直接将镂空设计的介质基板与天线的其他层结构压合，有利于降低加工和装配的复杂性，提高成品率，具有自封装特性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：图1是本专利技术SIW馈电结构的分解图；图2是图1中第一金属地的平面结构示意图；图3是图1中第二金属地的平面结构示意图；图4是图1中第三金属地的平面结构示意图；图5是图1中第四金属地的平面结构示意图；图6是基于图1的SIW馈电结构设计的天线的结构示意图；图7是图6中顶层介质基板的平面结构示意图；图8是图6的天线的反射系数与增益的示意图；图9是图6的天线在26.5GHz，28GHz，29.5GHz的方向图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的典型实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。应当理解本专利技术实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本专利技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种差分输入端口的SIW馈电结构，其特征在于，包括TE10模SIW和位于所述TE10模SIW上方的TE20模SIW；所述TE10模SIW包括面对面错开的一对功分结构，每一功分结构包括朝向第一方向的N级功分臂，两个所述功分结构的2N个最后级功分臂面对面设置，并在第二方向上错开TE10模横向半波长的宽度一一对接且对接线沿第一方向；TE10模SIW顶部沿对接线开设2N个第一耦合缝隙以提供2N个具有反相特性的信号激励所述TE20模SIW，第一耦合缝隙的间隔设置为TE20模横向半波长的宽度，所述TE20模SIW包括2N个TE20模SIW腔，所述2N个TE20模SIW腔顶部形成有与之一一对应的2

【技术特征摘要】
1.一种差分输入端口的SIW馈电结构，其特征在于，包括TE10模SIW和位于所述TE10模SIW上方的TE20模SIW；所述TE10模SIW包括面对面错开的一对功分结构，每一功分结构包括朝向第一方向的N级功分臂，两个所述功分结构的2N个最后级功分臂面对面设置，并在第二方向上错开TE10模横向半波长的宽度一一对接且对接线沿第一方向；TE10模SIW顶部沿对接线开设2N个第一耦合缝隙以提供2N个具有反相特性的信号激励所述TE20模SIW，第一耦合缝隙的间隔设置为TE20模横向半波长的宽度，所述TE20模SIW包括2N个TE20模SIW腔，所述2N个TE20模SIW腔顶部形成有与之一一对应的2N组第二耦合缝隙，每一组由M对第二耦合缝隙组成，每一对第二耦合缝隙输出一对差分信号，以激励辐射单元阵形成天线阵列；每一所述TE20模SIW腔沿对应的第一耦合缝隙所在的纵向对称线上在避开第一耦合缝隙的其他部分设置有短路通孔，以抑制所述TE20模SIW腔的主模。2.根据权利要求1所述的SIW馈电结构，其特征在于，包括两层介质基板，底部介质基板的下表面设置第一金属地、上表面设置第二金属地，顶部介质基板的下表面设置第三金属地、上...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐慧，陈建新，葛杰，褚慧，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32