单馈低轮廓背腔双频双线性极化天线制造技术

本发明专利技术涉及一种单馈低轮廓背腔双频双线性极化天线。普通双频天线单个辐射单元的性能较低，已有双频背腔天线体积大、结构复杂，制造成本高。本发明专利技术在介质基片的两面镀有金属层，上金属层蚀刻有用于馈电的微带线和共地共面波导传输线，共面波导传输线的中间金属条带向外延伸，作为微带线。贯穿上金属层、介质基片和下金属层开有排列为长方形的多个金属化通孔，形成腔体，共面波导传输线伸入腔体内。下金属层在对应腔体的区域内蚀刻有两条相互垂直的长条形辐射缝隙。本发明专利技术采用普通的ＰＣＢ工艺制作，制作成本低，可与微带电路无缝集成，提高了系统的集成度。与已有背腔双频天线需要精密的机械加工相比，制造速度快，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微波
，涉及一种基于基片集成波导技术构成的单 馈低轮廓背腔双频双线性极化天线，可作为射频收发前端的天线，广泛应 用在移动通信、卫星通信、雷达等无线通信系统，特别适合需要高增益和 多频段工作的应用场合。
技术介绍
随着通信技术的快速发展，对天线的要求也越来越高，不光是需要天 线具有高性能的辐射功能，而且需要其具有低轮廓轻重量低成本可集成易 共形等特性。而现阶段越来越多的场合需要天线具有多频段工作特性，比 如在综合孔径雷达、个人通信系统和全球定位系统等等。因此设计具有体 积紧凑质轻且制作成本低廉，同时能够平面集成的高增益多频段天线具有 非常重要的意义，它不但可以获取良好的接收效果，同时可以缓解后续射 频电路的指标压力，在提高系统的性能的同时降低系统的成本。目前多频段天线主要分为两大类， 一类是基于多谐振单元天线，这类 天线结构中包含有多个独立的谐振器单元，在不同的工作频段由不同的谐 振器单元产生谐振，再通过辐射单元辐射出去从而形成天线。最典型的应 用包括不同贴片形状的多层贴片天线，这种类型的天线一般体积较大制造 成本高。另一类是电抗性加载天线，这类天线只有一个辐射单元，通过其 本身内在的多模谐振或者通过微扰结构产生的多模谐振，再通过辐射单元 辐射出去形成天线。电抗性加载一大类有在微带天线的辐射边沿连接同轴 线、微带支节线，或在贴片的轴线上加载短路针。另一大类是在贴片上进 行缝隙加载。综合目前多频段天线的研究现状可知，仍然需要研究采用新 工艺新结构来实现低成本低轮廓的高性能多频段天线。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于基片集成波导技术构成的单馈低轮廓背腔双频双线性极化天线，这种新型背腔双频线极化天线辐射性能好，增益 高，体积小易共形，能够和平面电路无缝集成，而且结构简单，易于设计 加工，制造成本低，综合了现有双频天线和背腔天线的优点。本专利技术的单馈低轮廓背腔双频双线性极化天线包括介质基片，介质基 片的两面镀有金属层，分别是上金属层和下金属层，其中下金属层作为地 层。上金属层蚀刻有用于馈电的微带线和共面波导传输线，共面波导传输 线是共地共面波导结构，其中间金属条带向外延伸，作为微带线。贯穿上 金属层、介质基片和下金属层开有通孔，通孔内壁镀有金属，形成金属化 通孔。多个金属化通孔顺序排列为长方形，形成长方形的基片集成波导腔 体，基片集成波导腔体各边上的金属化通孔的孔间距相同。共面波导传输 线由基片集成波导腔体的一角伸入基片集成波导腔体内，其金属条带的中 心线与基片集成波导腔体的对角线重合；下金属层对应基片集成波导腔体 的区域内蚀刻有两条宽度相同且垂直相交的长条形辐射缝隙，其中较长的 辐射缝隙与基片集成波导腔体的短边平行，较短的辐射缝隙与基片集成波 导腔体的长边平行；两条辐射缝隙的交叉点与基片集成波导腔体的中心重合，且均以交叉点作为中心点。所述的金属化通孔的直径小于天线工作的中心频率所对应空气波长的 十分之一，金属化通孔的直径和基片集成波导腔体同一边上相邻两个金属化通孔的孔心距的比值大于0.5。本专利技术的单馈低轮廓背腔双频双线性极化天线是在普通的介质基片上 通过采用基片集成波导技术制造等效于传统的闭合金属腔的腔体结构，激 发其不同模式的谐振，通过不同长度的缝隙将谐振能量向空间辐射，形成 背腔双频线极化天线。它与普通的电抗加载双频天线相比由于引入了腔体 结构，所以辐射特性好，增益高。而与传统背腔天线需要精密的机械加工不同的是这种新型天线可以采用普通的PCB工艺制作，制作成本显著降 低，并可与微带电路实现无缝集成。在结构上，基片为具有双面金属层的 介质基片，在介质基片上以均匀的间隔设有一系列金属化通孔，形成等效于传统金属腔体的长方形基片集成波导腔体。在双面金属层的上金属层蚀 刻出用于馈电的微带线，然后通过共面波导结构将电磁波引入长方形的基 片集成波导腔体。在双面金属层的下金属层对应基片集成波导腔体区域内 蚀刻有垂直相交的两条长条形缝隙，可以辐射不同频率的电磁能量。具体工作原理电磁波由微带线馈电，再通过共面波导传输线将其引 入到由基片集成波导技术构成的长方形基片集成波导腔体中，从而激励起 腔体中多个模式的谐振。其中谐振在不同频率的二阶模和三阶模的电流分 布在腔体的两条对称轴线位置处于最大而且流向唯一。在腔体两条对称轴 线位置金属层上蚀刻的相互正交的两条长条形缝隙最大程度地切割电流 线，从而将两个不同谐振频率的电磁波能量最大程度地向空间辐射形成天 线。有益效果基于基片集成波导技术构成的单馈低轮廓背腔双频双线性 极化天线具有以下优点a. 这种新型的背腔双频线极化天线保留了传统的金属背腔天线高增益 的优良辐射特性，同时又保留了传统电抗性加载双频天线的低轮廓特性。 整个天线包括馈电结构和腔体结构都可以在介质基片上实现，天线的体积 极为紧凑，整个天线可以与平面电路完全无缝集成，提高了系统的集成b. 这种新型的背腔双频线极化天线结构简洁，工作原理简单明了。在 设计过程中只需要调节共面波导传输线的长度，辐射缝隙的长度，以及由 金属通孔构成的长方形基片集成波导腔体的长度和宽度就可以得到所需要 的性能。结构参数少，大大縮短了设计并优化的时间。C.这种新型的背腔双频线极化天线制造简单方便，用普通的PCB工 艺就可以实现。与传统的需要精密机械加工的背腔天线相比，制造速度 快，成本低廉。 附图说明图l是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的立体结构示意图3是本专利技术的上金属层结构示意图4是本专利技术的下金属层结构示意图5是本专利技术一实施例的回波损耗仿真和测试结果的比较图6是本专利技术一实施例的增益的仿真测试结果的对比图7是本专利技术一实施例在9.5 GHz时辐射方向图的测试结果图8是本专利技术一实施例在10.5GHz时辐射方向图的测试结果具体实施例方式如图1和2所示，单馈低轮廓背腔双频双线性极化天线包括厚度为 0.5毫米Rogers5880介质基片1，介质基片1的两面镀有金属层，分别是 上金属层6和下金属层7，其中下金属层7作为地层。如图3，上金属层 6蚀刻有用于馈电的微带线2和共面波导传输线3(虚线框包含部分)，共面 波导传输线3是共地共面波导结构，其中间金属条带向外延伸，作为微带 线2。微带线2的长度和宽度分别为4毫米和1.45毫米，共面波导传输线 3的两条空气间隙的宽度均为0.7毫米，长度为7.5毫米。贯穿上金属层 6、介质基片1和下金属层7开有直径为1毫米的通孔，通孔内壁镀有金 属，形成金属化通孔4。多个金属化通孔4顺序排列为边长为17.9毫米和 16.1毫米的长方形，形成长方形的基片集成波导腔体，基片集成波导腔体 各边上的金属化通孔4的孔间距相同，均为1.5毫米。共面波导传输线3 伸入基片集成波导腔体内，其顶端距离腔体的中心5.54毫米，中间金属 条带的中心线与基片集成波导腔体的对角线重合。如图4，下金属层7对 应基片集成波导腔体的区域内蚀刻有宽度同为1毫米长度分别为12.5毫 米和10.5毫米的两条垂直相交的长条形辐射缝隙5，其中12.5毫米的辐 射缝隙5与基片集成波导腔体的16.1毫米的边平行，10.5毫米的辐射缝隙 5与基片集成波导腔体的17.9毫米的边平行。辐射缝隙5的交叉点与基片 集成波导腔体的中心重合，且均以本文档来自技高网...

【技术保护点】
单馈低轮廓背腔双频双线性极化天线，包括介质基片，其特征在于：介质基片的两面镀有金属层，分别是上金属层和下金属层，其中下金属层作为地层；上金属层蚀刻有用于馈电的微带线和共面波导传输线，共面波导传输线是共地共面波导结构，其中间金属条带向外延伸，作为微带线；贯穿上金属层、介质基片和下金属层开有通孔，通孔内壁镀有金属，形成金属化通孔；多个金属化通孔顺序排列为长方形，形成长方形的基片集成波导腔体，基片集成波导腔体各边上的金属化通孔的孔间距相同；共面波导传输线由基片集成波导腔体的一角伸入基片集成波导腔体内，其金属条带的中心线与基片集成波导腔体的对角线重合；下金属层对应基片集成波导腔体的区域内蚀刻有两条宽度相同且垂直相交的长条形辐射缝隙，其中较长的辐射缝隙与基片集成波导腔体的短边平行，较短的辐射缝隙与基片集成波导腔体的长边平行；两条辐射缝隙的交叉点与基片集成波导腔体的中心重合，且均以交叉点作为中心点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗国清，孙玲玲，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]