一种基于介质集成波导的双频天线制造技术

本发明专利技术提供一种基于介质集成波导的双频天线，该双频天线由两个半圆形的HMSIW腔谐振器组成，每个半圆形的腔谐振器采用金属通孔实现，通孔半径和通孔之间的间隙用于缩小腔体以及来自于腔体的泄露，天线顶部以蚀刻工艺设置开口金属槽区隔半圆形HMSIW腔为两个不同的QMSIW腔，每一个QMSIW腔均包括矩形开路的短截线，其被连接到QMSIW腔谐振器的强场区，还包括连接短截线的变容二极管和偏置电路，每一变容二极管均由一个偏置电路馈电，变容二极管作为频率调谐元件与短截线连接。采用本发明专利技术的基于介质集成波导的双频天线，双频天线的设计成本低，具有低剖面、参数优良且体积小巧的优势，产品竞争力强。品竞争力强。品竞争力强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于介质集成波导的双频天线


[0001]本专利技术属于通信
，具体涉及一种在Sub
‑
6 GHz的双频可调节的天线结构。

技术介绍

[0002]在新一代5G移动与无线通信系统的蓬勃发展的技术路径中，双频或者多频通信模式已经成为提高网络通信速度和增大网络容量的一种技术手段，例如，新一代的WIFI系统皆选用2.4GHz和5GHz两个频段，而中国移动的5G频段也定在了2.6GHz(2.5—2.7GHz)和4.9GHz(4.8—5.0GHz)两个频段，因此，双频或者多频段的无线与移动通信系统将会是未来通信技术的一个主要趋势。
[0003]中国专利申请号2021100625718提出一种小尺寸双频天线和通信设备，该双频天线包括介质基板和设置于介质基板上的第一辐射单元、第二辐射单元、巴伦结构和馈电线，其中，第一辐射单元和第二辐射单元分别辐射第一频段和第二频段的辐射信号，实现双频辐射，无需单独设置两套天线，同时，第二辐射单元弯折设置，缩小双频天线的尺寸，第一辐射单元设置于巴伦结构的两侧呈阶梯阻抗变换结构，第二辐射单元设置于巴伦结构的两侧且两侧朝向巴伦结构弯折。
[0004]该技术方案的双频天线设计结构复杂，频率范围较窄，仍然不能满足市场的多样化需求。
[0005]因此，有必要对双频天线的技术方案进行重新设计，满足较宽的天线谐振频率范围。

技术实现思路

[0006]本专利技术专利旨在提供一种低成本、低剖面且体积小巧的双频天线的解决方案，该解决方案是基于介质集成波导来实现的，且具有通过直流电来进行频率选择和调谐的功能。
[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术基于四分之一介质集成波导（QMSIW，Quarter
ꢀ–
Mode Substrate Integrated Waveguide）腔技术，提出一种低成本的、低剖面且体积小巧的双频天线，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种基于介质集成波导的双频天线，该双频天线由两个半圆形的HMSIW腔谐振器组成，每个半圆形的腔谐振器采用金属通孔实现，通孔半径和通孔之间的间隙用于缩小腔体以及来自于腔体的泄露，天线顶部以蚀刻工艺设置开口金属槽区隔半圆形HMSIW腔为两个不同的QMSIW腔，所述每一个QMSIW腔均包括矩形开路的短截线，其被连接到QMSIW腔谐振器的强场区，还包括连接短截线的变容二极管和偏置电路，每一变容二极管均由一个偏置电路馈电，变容二极管作为频率调谐元件与短截线连接。
[0008]进一步的，所述每一个QMSIW腔均由一个50Ω的微带线激励。
[0009]进一步的，所述偏置电路至少包括一个电感元件和一个电阻元件。
[0010]进一步的，所述QMSIW 腔谐振器等效于RLC电路，该等效电路模型的输入阻抗采用
公式（1）及公示（2）计算得出：Z
in =jωL
eq (1
−
ω2L
stub
C
v )/1
−
ω2C
v (L
eq
+L
stub )
ꢀꢀ
(1)ω0=1/(C
v (L
eq + L
stub ))
1/2
ꢀꢀ (2)其中，Z
in
是输入阻抗，j是虚数，ω是角频率，ω0是谐振频率，L
eq
是QMSIW腔谐振器的电感，L
stub
是负载短截线的电感，C
v
是变容二极管的电容。
[0011]进一步的，所述QMSIW 腔谐振器的谐振频率在模式1~模式3的三种模式的随着短截线的长度变化而反比例变化，随着短截线的宽度正比例变化。
[0012]进一步的，所述QMSIW腔谐振器的谐振频率与电容值成反比例变化。
[0013]进一步的，所述QMSIW腔谐振器的谐振频率在模式1和模式3时与腔半径成反比关系，谐振频率在模式2时与与腔半径成正比关系，具体的变化关系如公式（3）所示：(f
res
) 01
=2.404c/2πR
cav ( )
1/2
(3)其中f
res
是模式1的谐振频率，2.404是模式1的贝塞尔函数值，R cav
是圆形SIW腔的腔半径，是衬底的相对介电常数。
[0014]进一步的，所述QMSIW 腔谐振器具有品质因子，所述品质因子与插入馈电长度和宽度的变化成反比变化。
[0015]进一步的，所述QMSIW 腔谐振器具有品质因子，所述品质因子与短截线长度和变容二极管的电容成正比变化，所述QMSIW腔谐振器的品质因子使用公式（4）计算：Q
ex =f0/f
±
90
（4）其中，Q
ex
是外部品质因子，f0是从群延迟图的峰值获得的中心频率，f
±
90
是S11相位上中心频率f0的
±
90
◦
带宽。
[0016]进一步的，所述变容二极管的型号是SMV1405。
[0017]进一步的，所述双频天线的调谐频率分别在3.77GHz~4.59GHz及从4.96GHz~6.1GHz两个频段之间，所述两个频段中的两个谐振器之间的隔离度小于21dB。
[0018]采用本专利技术的基于介质集成波导的双频天线，双频天线的设计成本低，具有低剖面、参数优良且体积小巧的优势，产品竞争力强。
附图说明
[0019]图1：本专利技术的单个单元的QMSIW腔谐振器示意图。
[0020]图2：本专利技术QMSIW腔谐振器的等效电路模型示意图。
[0021]图3：本专利技术QMSIW腔谐振器短截线长度L
s
对谐振频率的波形示意图。
[0022]图4：本专利技术QMSIW腔谐振器短截线宽度W
s
对谐振频率的波形示意图。
[0023]图5：本专利技术QMSIW腔谐振器变容二极管电容C
v
对谐振频率的波形示意图。
[0024]图6：本专利技术QMSIW腔谐振器QMSIW腔的半径R
cav
对谐振频率的波形示意图。
[0025]图7：本专利技术的介质集成波导的双频天线在不同馈电参数下的外部品质因子示意图。
[0026]图8：本专利技术的介质集成波导的双频天线在不同短截线和电容值参数下的外部品质因子示意图。
[0027]图9：本专利技术的介质集成波导的双频天线剖面示意图。
[0028]图10：本专利技术的介质集成波导的双频天线封装结构示意图。
[0029]图11：本专利技术的介质集成波导的双频天线在Ls1 时的S11和S22波形示意图。
[0030]图12：本专利技术的介质集成波导的双频天线在Ls2 时的S11和S22波形示意图。
[0031]图13：本专利技术的介质集成波导的双频天线在Ls3时的S21和S22波形示意图。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于介质集成波导的双频天线，其特征在于，所述双频天线由两个半圆形的HMSIW腔谐振器组成，每个半圆形的腔谐振器采用金属通孔实现，通孔半径和通孔之间的间隙用于缩小腔体以及来自于腔体的泄露，天线顶部以蚀刻工艺设置开口金属槽区隔半圆形HMSIW腔为两个不同的QMSIW腔，所述每一个QMSIW腔均包括矩形开路的短截线，其被连接到QMSIW腔谐振器的强场区，还包括连接短截线的变容二极管和偏置电路，每一变容二极管均由一个偏置电路馈电，变容二极管作为频率调谐元件与短截线连接。2.根据权利要求1所述的基于介质集成波导的双频天线，其特征在于，所述每一个QMSIW腔均由一个50Ω的微带线激励。3.根据权利要求1所述的基于介质集成波导的双频天线，其特征在于，所述偏置电路至少包括一个电感元件和一个电阻元件。4.根据权利要求1所述的基于介质集成波导的双频天线，其特征在于，所述QMSIW 腔谐振器等效于RLC电路，该等效电路模型的输入阻抗采用公式（1）及公示（2）计算得出：Z
in =jωL
eq (1
−
ω2L
stub
C
v )/1
−
ω2C
v (L
eq
+L
stub )
ꢀꢀ
(1)ω0=1/(C
v (L
eq + L
stub ))
1/2
ꢀꢀ (2)其中，Z
in
是输入阻抗，j是虚数，ω是角频率，ω0是谐振频率，L
eq
是QMSIW腔谐振器的电感，L
stub
是负载短截线的电感，C
v
是变容二极管的电容。5.根据权利要求1所述的基于介质集成波导的双频天线，其特征在于，所述QMSIW 腔谐振器的谐振频率在模式1~模式3的三种模式的随着短截线的长度变化而...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋溱，陈国胜，李瑞兵，夏琦，
申请(专利权)人：盛纬伦深圳通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：