專利名稱：基片集成波導(dǎo)饋電的雙偶極子天線及陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種印刷偶極子天線，具體涉及一種基片集成波導(dǎo)及其功率分配器饋 電的雙偶極子天線及陣列。
背景技術(shù)：
近年來，無線通信技術(shù)得到了快速發(fā)展并獲得了廣泛應(yīng)用。越來越多的通信系統(tǒng) 要求低成本、易制作、易于和其它微波射頻平面電路集成的天線。高頻段、寬頻帶、高增益、 定向輻射、易制作、易集成的天線是目前的研究熱點(diǎn)之一。印刷偶極子天線是常見的平面天 線，易制作且易實(shí)現(xiàn)與其它微波射頻電路的共面集成。但是單個(gè)偶極子的增益有限，為提高 輻射增益，可將偶極子組成陣列，但同一個(gè)陣列中的振子數(shù)目越多，饋電網(wǎng)絡(luò)就會越復(fù)雜， 如果可以提高單個(gè)輻射單元的輻射增益，可以減低饋電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度。同時(shí)在Ku及更高的 頻段，常見的微帶饋電網(wǎng)絡(luò)或者印刷平行雙線饋電網(wǎng)絡(luò)，損耗大、寄生輻射嚴(yán)重，會極大地 影響天線的工作效率和輻射方向性。為印刷偶極子天線及其陣列選擇低損耗、易集成的饋 電網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)合適的饋電網(wǎng)絡(luò)，減低損耗和寄生輻射，成為天線陣列研究中的關(guān)鍵問題，具 有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供一種工作在Ku波段、寬帶寬、高增益、定向輻射 的基片集成波導(dǎo)饋電的雙偶極子天線及陣列。技術(shù)方案本發(fā)明所述的基片集成波導(dǎo)饋電的雙偶極子天線及陣列采用基片集 成波導(dǎo)及基片集成波導(dǎo)功率分配器為天線及其陣列饋電，基片集成波導(dǎo)饋電電路阻抗帶寬 大、損耗小、寄生輻射極低、易于實(shí)現(xiàn)天線與其他微波射頻電路的共面與集成。本發(fā)明所述 的基片集成波導(dǎo)饋電的雙偶極子天線，具體結(jié)構(gòu)為由兩個(gè)印刷偶極子組成雙偶極子輻射 單元，兩個(gè)印刷偶極子由印刷平行雙線連接，采用基片集成波導(dǎo)激勵(lì)饋電印刷平行雙線；微 帶輸入端口和所述基片集成波導(dǎo)之間通過微帶漸變線連接，所述基片集成波導(dǎo)和所述雙偶 極子輻射單元之間通過漸變型印刷平行雙線連接。所述兩個(gè)印刷偶極子一長一短，對應(yīng)的工作頻率分別低于和高于中心工作頻率； 所述基片集成波導(dǎo)設(shè)置在距離長印刷偶極子較近的一側(cè)。所述基片集成波導(dǎo)是由兩排金屬化通孔構(gòu)成。天線采用平面電路工藝制作在介質(zhì)基片上。本發(fā)明所述的基片集成波導(dǎo)功率分配器饋電的雙偶極子天線陣列，具體結(jié)構(gòu)為 將多個(gè)雙偶極子輻射單元組成陣列，采用基片集成波導(dǎo)功率分配器為陣列天線饋電，微帶 輸入端口和基片集成波導(dǎo)功率分配器之間通過微帶漸變線連接，基片集成波導(dǎo)功率分配器 的輸出端口和雙偶極子輻射單元之間通過漸變型印刷平行雙線連接。所述雙偶極子輻射單元為由印刷平行雙線連接的一長一短兩個(gè)印刷偶極子組成， 對應(yīng)的工作頻率分別低于和高于中心工作頻率；所述基片集成波導(dǎo)功率分配器設(shè)置在距離長印刷偶極子較近的一側(cè)。所述基片集成波導(dǎo)功率分配器是由多排金屬化通孔構(gòu)成。所述基片集成波導(dǎo)功率分配器采用圓弧型拐角線。天線陣列采用平面電路工藝制作在介質(zhì)基片上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是1、普通的單個(gè)印刷偶極子作為輻射單元， 阻抗帶寬相對較窄，本發(fā)明中采用雙偶極子作為輻射單元天線的輻射單元由兩個(gè)長、短印 刷偶極子組成，天線輻射單元的阻抗帶寬也由這兩個(gè)印刷偶極子的工作頻段疊加形成；使 用印刷平行雙線連接這兩個(gè)不同長度的振子，通過優(yōu)化印刷平行雙線的寬度和長度可取得 最佳阻抗帶寬，并且雙偶極子同時(shí)輻射，在保持E面和H面的輻射特性的同時(shí)提高了遠(yuǎn)場 輻射增益，既可作為獨(dú)立的天線使用也可作為基本的輻射單元構(gòu)成天線系統(tǒng)；2、本發(fā)明基 片集成波導(dǎo)功率分配器饋電的雙偶極子天線陣列是一種寬頻帶的定向高增益天線，該天線 使用基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide SIff)功率分配器作為饋電網(wǎng)絡(luò)， 采用雙偶極子作為獨(dú)立輻射單元，可以應(yīng)用于通信系統(tǒng)等領(lǐng)域中；3、常見的微帶饋電網(wǎng)絡(luò) 在這個(gè)頻段上損耗較大，而且尺寸與輻射單元尺寸相比擬，會帶來較大的寄生輻射，影響天 線性能，利用基片集成波導(dǎo)作為Ku波段天線的饋電網(wǎng)絡(luò)可以很好的減小損耗，降低寄生輻 射；通常的微帶功率分配器帶寬相對較窄，對陣列天線饋電會對陣列天線的帶寬產(chǎn)生局限， 使用基片集成波導(dǎo)功率分配器作為饋電網(wǎng)絡(luò)，可以極大的提高工作帶寬；4、在本發(fā)明中，基 片集成波導(dǎo)采用圓弧型拐彎線代替常見的直角拐角線，可以進(jìn)一步擴(kuò)大其工作帶寬；并且， 常見基片集成波導(dǎo)的直角拐彎線在拐角處需要設(shè)計(jì)一個(gè)反射金屬化通孔，采用圓弧型的拐 彎線可見簡化這個(gè)設(shè)計(jì)步驟，從而使設(shè)計(jì)更加快捷；5、本發(fā)明天線及其陣列結(jié)構(gòu)簡單，制作 全部利用成熟的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)工藝，成本低，容易批量生產(chǎn)，饋電網(wǎng)絡(luò)為封閉結(jié)構(gòu)因而輻射小， 隔離和抗干擾能力強(qiáng)，容易與其它平面微波射頻電路集成。


圖1為基片集成波導(dǎo)饋電雙偶極子天線的頂層結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為基片集成波導(dǎo)饋電雙偶極子天線的底層結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為基片集成波導(dǎo)功率分配器饋電的雙偶極子天線陣列；圖4為陣列天線輸入端反射系數(shù)Sll的仿真和測試結(jié)果；圖5(a)為陣列天線13GHz E面輻射方向圖；圖5(b)為陣列天線13GHz H面輻射方向圖；圖5 (c)為陣列天線14GHz E面輻射方向圖；圖5(d)為陣列天線14GHz H面輻射方向圖；圖5(e)為陣列天線15GHz E面輻射方向圖；圖5(f)為陣列天線15GHz H面輻射方向圖；圖6為天線遠(yuǎn)場輻射增益的測試結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù) 范圍不局限于所述實(shí)施例。
如圖1、圖2所示的基片集成波導(dǎo)饋電雙偶極子天線，圖中，基片集成波導(dǎo)1是由 兩排金屬化通孔2構(gòu)成，微帶輸入端口 3和基片集成波導(dǎo)1之間通過微帶漸變線4連接， 基片集成波導(dǎo)1和雙偶極子輻射單元5之間通過漸變型印刷平行雙線6連接，雙偶極子的 長、短偶極子之間由平行雙線7連接，較長的偶極子距離基片集成波導(dǎo)較近；本實(shí)施例中， W = 0. 7mm ；Wl = 0. 5mm ；W2 = 0. 5mm ；Wff = 3. 6mm ；Ll = 4. 6mm ；L2 = 3. 7mm ；LL = 3. Imm ； S = 2. Imm ；SIff W = 9. 9mm ；taperl_ff = 2. 8mm ；ms ff=l. 45mm ；taperl_L = 3. Imm ；Rl = 0. 6mm ；D = Imm ；圖3為一個(gè)1X4的基片集成波導(dǎo)功率分配器饋電的雙偶極子陣列天線，整個(gè)陣列 中有四個(gè)輻射單元5。雙偶極子輻射單元應(yīng)采用平衡饋電方式。在基片集成波導(dǎo)輸入端3’， 通過微帶漸變線4將微帶輸入端口 3’與基片集成波導(dǎo)進(jìn)行阻抗匹配，由一個(gè)帶圓弧拐角線 的基片集成波導(dǎo)四路功率分配器1’，為四個(gè)雙偶極子輻射單元等幅、同相饋電，所述基片集 成波導(dǎo)功率分配器1’是由多排金屬化通孔2構(gòu)成；功率分配器的四路出口通過漸變型印刷 平行雙線6和輻射單元5連接，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。這里的基片集成波導(dǎo)功率分配器1’采用圓 弧型拐角線，可以簡化設(shè)計(jì)步驟、拓展帶寬。AS是相鄰雙偶極子輻射單元的間距；實(shí)施例中 AS = 13. 8mm ；Xl = 4. 2mm ；R2 = 0. 6mm ；制作的實(shí)例天線工作在13_15GHz頻段。整個(gè)天饋 線采用平面電路工藝制作在介質(zhì)基片上。實(shí)例中介質(zhì)基片采用了厚度為0. 508mm的介電常 數(shù)為2. 2的Rogers5008作為介質(zhì)板。圖4為在實(shí)際天線輸入端口處反射系數(shù)仿真和測試 結(jié)果。圖5為分別在五個(gè)頻點(diǎn)13GHz、14GHz和15GHz上測得的天線輻射方向圖。圖6是在 五個(gè)頻點(diǎn)13GHz、13. 5GHz、14GHz、14. 5GHz和15GHz上測得遠(yuǎn)場輻射增益。如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋 為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對 其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求
一種基片集成波導(dǎo)饋電的雙偶極子天線，由兩個(gè)印刷偶極子組成雙偶極子輻射單元，其特征在于兩個(gè)印刷偶極子由印刷平行雙線連接，采用基片集成波導(dǎo)激勵(lì)饋電印刷平行雙線；微帶輸入端口和所述基片集成波導(dǎo)之間通過微帶漸變線連接，所述基片集成波導(dǎo)和所述雙偶極子輻射單元之間通過漸變型印刷平行雙線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)饋電的雙偶極子天線，其特征在于所述兩個(gè) 印刷偶極子一長一短，對應(yīng)的工作頻率分別低于和高于中心工作頻率；所述f基片集成波導(dǎo) 設(shè)置在距離長印刷偶極子較近的一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)饋電的雙偶極子天線，其特征在于天線采用 平面電路工藝制作在介質(zhì)基片上。
4.一種基片集成波導(dǎo)功率分配器饋電的雙偶極子天線陣列，其特征在于將多個(gè)雙偶 極子輻射單元組成陣列，采用基片集成波導(dǎo)功率分配器為陣列天線饋電，微帶輸入端口和 基片集成波導(dǎo)功率分配器之間通過微帶漸變線連接，基片集成波導(dǎo)功率分配器的輸出端口 和雙偶極子輻射單元之間通過漸變型印刷平行雙線連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基片集成波導(dǎo)功率分配器饋電的雙偶極子天線陣列，其特征 在于所述雙偶極子輻射單元為由印刷平行雙線連接的一長一短兩個(gè)印刷偶極子組成，對 應(yīng)的工作頻率分別低于和高于中心工作頻率；所述基片集成波導(dǎo)功率分配器設(shè)置在距離長 印刷偶極子較近的一側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基片集成波導(dǎo)功率分配器饋電的雙偶極子天線陣列，其特征 在于所述基片集成波導(dǎo)功率分配器采用圓弧型拐角線。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基片集成波導(dǎo)功率分配器饋電的雙偶極子天線陣列，其特征 在于天線陣列采用平面電路工藝制作在介質(zhì)基片上。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基片集成波導(dǎo)饋電的雙偶極子天線，由兩個(gè)印刷偶極子組成雙偶極子輻射單元，其特征在于兩個(gè)印刷偶極子由印刷平行雙線連接，采用基片集成波導(dǎo)激勵(lì)饋電印刷平行雙線；微帶輸入端口和所述基片集成波導(dǎo)之間通過微帶漸變線連接，所述基片集成波導(dǎo)和所述雙偶極子輻射單元之間通過漸變型印刷平行雙線連接，它頻段寬、增益高，既可作為獨(dú)立的天線使用也可作為基本的輻射單元構(gòu)成天線系統(tǒng)。本發(fā)明還公開一種基片集成波導(dǎo)功率分配器饋電的雙偶極子天線陣列，它是一種寬頻帶的定向高增益天線陣列，該天線使用基片集成波導(dǎo)功率分配器作為饋電網(wǎng)絡(luò)，采用雙偶極子作為獨(dú)立輻射單元，可以應(yīng)用于通信系統(tǒng)等領(lǐng)域中。
文檔編號H01Q13/08GK101997171SQ20101055659
公開日2011年3月30日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者余晨, 洪偉, 蒯振起 申請人:東南大學(xué)