用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)及其陣列天線(xiàn)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種在高增益應(yīng)用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻/多頻特性的用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)及其陣列天線(xiàn)。該天線(xiàn)通過(guò)在第二金屬覆銅層設(shè)置兩條長(zhǎng)度不同的縫隙，且第一縫隙與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離和第二縫隙距離第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的距離不相同，可引入不同頻率的諧振特性，當(dāng)兩個(gè)諧振頻點(diǎn)落在工作頻帶內(nèi)，分別位于該頻段的高端和低端，相隔較近，可以耦合連通起來(lái)，從而改善整個(gè)頻帶內(nèi)天線(xiàn)駐波特性，實(shí)現(xiàn)寬頻帶特性；當(dāng)兩個(gè)諧振頻點(diǎn)相隔較遠(yuǎn)，耦合較弱，不能連通起來(lái)，就形成了兩個(gè)單獨(dú)諧振，形成雙頻特性，從而在高增益應(yīng)用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻/多頻特性。適合在微波毫米波天線(xiàn)【技術(shù)領(lǐng)域】推廣應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)及其陣列天線(xiàn)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波毫米波天線(xiàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及ー種用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)及其陣列天線(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]在各種無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，信息的發(fā)射與接收均依賴(lài)于天線(xiàn)。無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，要求微波毫米波通信天線(xiàn)在保證電氣性能的同時(shí)，盡可能實(shí)現(xiàn)平面化、高増益、寬頻帶或多頻帶等特性。
[0003]傳統(tǒng)天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)形式主要有兩種:波導(dǎo)類(lèi)立體結(jié)構(gòu)天線(xiàn)和微帶類(lèi)平面結(jié)構(gòu)天線(xiàn)。波導(dǎo)類(lèi)天線(xiàn)具有損耗低等優(yōu)良特性，但是體積大、重量重、成本高、不利于和平面電路集成。微帶類(lèi)天線(xiàn)具有易于加工、低剖面、易于和平面電路集成等優(yōu)點(diǎn)，但是電磁輻射強(qiáng)、損耗大。這兩類(lèi)天線(xiàn)有各自?xún)?yōu)點(diǎn)，但是也有不可避免的缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，有很多局限性。
[0004]基片集成波導(dǎo)作為一種新的傳輸線(xiàn)，結(jié)合了波導(dǎo)類(lèi)和微帶類(lèi)的優(yōu)良特性，平面化、損耗小、易于加工和集成。由于這些優(yōu)良特性，基片集成波導(dǎo)在天線(xiàn)設(shè)計(jì)中，有著廣泛應(yīng)用。由于傳統(tǒng)基片集成波導(dǎo)天線(xiàn)的増益與帶寬矛盾難以解決，近年來(lái)多層電路結(jié)構(gòu)成為了毫米波基片集成陣列天線(xiàn)的高増益寬帶應(yīng)用的最佳選擇之一。
[0005]例如，有文獻(xiàn)提出了兩種可適用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)。第一種結(jié)構(gòu)為包含三層介質(zhì)層和三層金屬覆銅層的陣列天線(xiàn)，下層金屬覆銅層、中層金屬覆銅層和下層介質(zhì)層構(gòu)成基片集成波導(dǎo)功分器和縱向縫隙耦合饋電網(wǎng)絡(luò)，上層金屬覆銅層為圓形貼片輻射單元，中層介質(zhì)層為上層金屬覆銅層中貼片輻射単元提供支撐，上層介質(zhì)層為增大陣列増益的立體塊狀介質(zhì)。第二種陣列天線(xiàn)與第一種陣列天線(xiàn)在功分器和饋電網(wǎng)絡(luò)形式上相同，只是第一種陣列天線(xiàn)的上層介質(zhì)層中的立體塊狀介質(zhì)變化為包含圓環(huán)的類(lèi)似八木天線(xiàn)的四層介質(zhì)。上述結(jié)構(gòu)中每ー層介質(zhì)材料均需采用昂貴的高頻板以滿(mǎn)足天線(xiàn)在毫米波頻段高效率的要求；而介質(zhì)層的厚度與工作波長(zhǎng)相關(guān)，選擇受到制約；采用了串聯(lián)縫隙饋電，單元數(shù)目越多，縫隙數(shù)目越多，工作帶寬越窄，從而導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)大陣列高増益應(yīng)用時(shí)的寬帶需求；饋電結(jié)構(gòu)面積較大，不利于小型化，増加成本。
[0006]又如，還有文獻(xiàn)提出了第三種可適用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)。該結(jié)構(gòu)包含三層金屬覆銅層和兩層介質(zhì)層，下層金屬覆銅層、中層金屬覆銅層和下層介質(zhì)層構(gòu)成基片集成波導(dǎo)功分器和縱向縫隙耦合饋電網(wǎng)絡(luò)，上層金屬覆銅層為圓形貼片輻射単元，上層介質(zhì)層為上層金屬覆銅層中貼片輻射単元提供支撐。第三種可適用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)采用與前兩種可適用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)類(lèi)似的饋電網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)大陣列高増益應(yīng)用時(shí)的寬帶需求。
[0007]因此，現(xiàn)有的用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)沒(méi)有很好的解決高增益和寬頻帶或多頻帶之間的矛盾，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)陣列天線(xiàn)平面化、高増益、寬頻帶或多頻帶等特性，困難較大。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種在高增益應(yīng)用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻/多頻特性的用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)。
[0009]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)，包括從上往下依次層疊設(shè)置的第一金屬覆銅層、第一介質(zhì)層、第二金屬覆銅層、第二介質(zhì)層和第三金屬覆銅層，所述第一介質(zhì)層上設(shè)置有輻射單元，所述輻射單元包括設(shè)置在第一介質(zhì)層上的輻射通孔并且所述輻射通孔貫穿第一金屬覆銅層、第一介質(zhì)層；所述第二介質(zhì)層上設(shè)置有耦合饋電單元，所述耦合饋電單元包括第一基片集成波導(dǎo)單元和饋電單元，在第二介質(zhì)層上設(shè)置U形金屬化通孔陣列并且所述U形金屬化通孔陣列貫穿第二金屬覆銅層、第二介質(zhì)層和第三金屬覆銅層形成所述第一基片集成波導(dǎo)單元，所述U形金屬化通孔陣列包括兩排平行于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的金屬化通孔和一排垂直于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的金屬化通孔，所述饋電單元包括兩條設(shè)置在第二金屬覆銅層上并且平行于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的縫隙，分別為第一縫隙、第二縫隙，第一縫隙的長(zhǎng)度小于第二縫隙的長(zhǎng)度，第一縫隙、第二縫隙位于U形金屬化通孔陣列圍成的U形空間內(nèi)并且位于輻射通孔下方，第一縫隙與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離和第二縫隙距離第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的距離不相同。
[0010]進(jìn)一步的是，所述輻射通孔的橫截面為圓形。
[0011]本發(fā)明了還提供了一種在高增益應(yīng)用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻/多頻特性的用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)。該用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)，包括從上往下依次層疊設(shè)置的第一金屬覆銅層、第一介質(zhì)層、第二金屬覆銅層、第二介質(zhì)層和第三金屬覆銅層，所述第一介質(zhì)層上設(shè)置有多個(gè)輻射單元，所述每個(gè)輻射單元包括設(shè)置在第一介質(zhì)層上的輻射通孔并且所述輻射通孔貫穿第一金屬覆銅層、第一介質(zhì)層；所述第二介質(zhì)層上設(shè)置有多個(gè)耦合饋電單元，所述多個(gè)耦合饋電單元分別與多個(gè)輻射單元一一對(duì)應(yīng)，所述每個(gè)耦合饋電單元包括第一基片集成波導(dǎo)單元和饋電單元，在第二介質(zhì)層上設(shè)置U形金屬化通孔陣列并且所述U形金屬化通孔陣列貫穿第二金屬覆銅層、第二介質(zhì)層和第三金屬覆銅層形成所述第一基片集成波導(dǎo)單元，所述U形金屬化通孔陣列包括兩排平行于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的金屬化通孔和一排垂直于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的金屬化通孔，所述饋電單元包括兩條設(shè)置在第二金屬覆銅層上并且平行于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的縫隙，分別為第一縫隙、第二縫隙，第一縫隙的長(zhǎng)度小于第二縫隙的長(zhǎng)度，第一縫隙、第二縫隙位于U形金屬化通孔陣列圍成的U形空間內(nèi)并且位于輻射通孔下方，第一縫隙與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離和第二縫隙距離第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的距離不相同；所述第二介質(zhì)層上還設(shè)置有用于給每個(gè)耦合饋電單元饋電的功分器網(wǎng)絡(luò)。
[0012]進(jìn)一步的是，所述功分器網(wǎng)絡(luò)由多級(jí)子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，每一級(jí)子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)“T”形頭，上一級(jí)子網(wǎng)絡(luò)的“T”形頭的兩個(gè)輸出端分別與下一級(jí)子網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)“T”形頭的輸入端連接，周期排列下去共同組成功分器網(wǎng)絡(luò)，所述“T”形頭由三個(gè)第二基片集成波導(dǎo)單元組成，在第二介質(zhì)層上設(shè)置兩排金屬化通孔并且所述金屬化通孔貫穿第二金屬覆銅層、第二介質(zhì)層和第三金屬覆銅層形成所述第二基片集成波導(dǎo)單元。
[0013]進(jìn)一步的是，所述輻射通孔的橫截面為圓形。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所述的用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)及其陣列天線(xiàn)通過(guò)在第二金屬覆銅層設(shè)置兩條長(zhǎng)度不同的縫隙，且第一縫隙與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離和第二縫隙距離第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的距離不相同，可引入不同頻率的諧振特性，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)諧振頻率的相對(duì)位置，可以實(shí)現(xiàn)寬頻帶和雙頻帶耦合饋電特性，當(dāng)兩個(gè)諧振頻點(diǎn)落在工作頻帶內(nèi)，分別位于該頻段的高端和低端，相隔較近，可以耦合連通起來(lái)，從而改善整個(gè)頻帶內(nèi)天線(xiàn)駐波特性，實(shí)現(xiàn)寬頻帶特性；當(dāng)兩個(gè)諧振頻點(diǎn)相隔較遠(yuǎn)，耦合較弱，不能連通起來(lái)，就形成了兩個(gè)單獨(dú)諧振，形成雙頻特性，從而在高増益應(yīng)用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻/多頻特性，此外，由于電磁波無(wú)需在第一介質(zhì)層中傳輸，減小了輻射過(guò)程中的介質(zhì)損耗，同時(shí)可以采用低價(jià)介質(zhì)基片實(shí)現(xiàn)，可大大降低成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)及其陣列天線(xiàn)的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)的第一金屬覆銅層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)的第二金屬覆銅層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)的第一金屬覆銅層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5是本發(fā)明用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)的第二金屬覆銅層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖中標(biāo)記說(shuō)明:第一金屬覆銅層1、第一介質(zhì)層2、第二金屬覆銅層3、第二介質(zhì)層
4、第三金屬覆銅層5、輻射通孔6、金屬化通孔7、第一縫隙8、第二縫隙9。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)ー步的說(shuō)明。
[0022]如圖1、2、3所示，該用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)，包括從上往下依次層疊設(shè)置的第一金屬覆銅層1、第一介質(zhì)層2、第二金屬覆銅層3、第二介質(zhì)層4和第三金屬覆銅層5，所述第一介質(zhì)層2上設(shè)置有輻射單元，所述輻射単元包括設(shè)置在第一介質(zhì)層2上的輻射通孔6并且所述輻射通孔6貫穿第一金屬覆銅層1、第一介質(zhì)層2 ;所述第二介質(zhì)層4上設(shè)置有耦合饋電單元，所述耦合饋電單元包括第一基片集成波導(dǎo)單元和饋電單元，在第二介質(zhì)層4上設(shè)置U形金屬化通孔陣列并且所述U形金屬化通孔陣列貫穿第二金屬覆銅層3、第二介質(zhì)層4和第三金屬覆銅層5形成所述第一基片集成波導(dǎo)單元，所述U形金屬化通孔陣列包括兩排平行于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的金屬化通孔7和ー排垂直于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的金屬化通孔7，所述饋電単元包括兩條設(shè)置在第二金屬覆銅層3上并且平行于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的縫隙，分別為第一縫隙8、第二縫隙9，第一縫隙8的長(zhǎng)度小于第二縫隙9的長(zhǎng)度，第一縫隙8、第二縫隙9位于U形金屬化通孔陣列圍成的U形空間內(nèi)并且位于輻射通孔6下方，第一縫隙8與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離和第二縫隙9距離第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的距離不相同。該用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)通過(guò)在第二金屬覆銅層3設(shè)置兩條長(zhǎng)度不同的縫隙，且第一縫隙8與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離和第二縫隙9距離第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的距離不相同，可引入不同頻率的諧振特性，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)諧振頻率的相對(duì)位置，可以實(shí)現(xiàn)寬頻帶和雙頻帶耦合饋電特性，當(dāng)兩個(gè)諧振頻點(diǎn)落在工作頻帶內(nèi)，分別位于該頻段的高端和低端，相隔較近，可以耦合連通起來(lái)，從而改善整個(gè)頻帶內(nèi)天線(xiàn)駐波特性，實(shí)現(xiàn)寬頻帶特性；當(dāng)兩個(gè)諧振頻點(diǎn)相隔較遠(yuǎn)，耦合較弱，不能連通起來(lái)，就形成了兩個(gè)單獨(dú)諧振，形成雙頻特性，從而在高增益應(yīng)用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻/多頻特性，此外，由于電磁波無(wú)需在第一介質(zhì)層2中傳輸，減小了輻射過(guò)程中的介質(zhì)損耗，同時(shí)可以采用低價(jià)介質(zhì)基片實(shí)現(xiàn)，可大大降低成本。
[0023]天線(xiàn)寬頻帶工作時(shí)，中心頻率為&,工作帶寬為BW，根據(jù)寬頻帶的要求，同時(shí)考慮第一縫隙8、第二縫隙9之間的耦合，第一縫隙8長(zhǎng)度理論值大約為4+0.25XBff頻率對(duì)應(yīng)工作波長(zhǎng)的0.4?0.45倍，第二縫隙9長(zhǎng)度理論值大約ff0.25 X Bff頻率對(duì)應(yīng)工作波長(zhǎng)的
0.45?0.5倍；天線(xiàn)雙頻帶工作時(shí)，設(shè)各頻帶中心頻率由低到高分別為f\、f2，第一縫隙8長(zhǎng)度理論值大約為頻率對(duì)應(yīng)工作波長(zhǎng)的0.5?0.55，第二縫隙9長(zhǎng)度理論值大約為f2頻率對(duì)應(yīng)工作波長(zhǎng)的0.45?0.5倍。
[0024]所述輻射通孔6的橫截面形狀可以是矩形、菱形、橢圓形、三角形、六邊形等類(lèi)似結(jié)構(gòu)，，作為優(yōu)選的是:所述輻射通孔6的橫截面優(yōu)選為圓形，圓形通孔類(lèi)似于開(kāi)口圓波導(dǎo)，主模傳輸、輻射電磁能量，設(shè)輻射通孔6半徑為a，根據(jù)圓波導(dǎo)單模傳輸條件，λ /3.41〈a〈 λ /2.61，從而可以確定輻射通孔6的半徑范圍，由于開(kāi)口圓波導(dǎo)有類(lèi)似喇叭天線(xiàn)的輻射特性，大口徑利于輻射能量，增益大，同時(shí)，由于兩條長(zhǎng)度不同的縫隙饋電導(dǎo)致天線(xiàn)輻射方向圖不對(duì)稱(chēng)，調(diào)節(jié)輻射通孔6內(nèi)徑尺寸可以矯正輻射方向圖。
[0025]實(shí)施例A
[0026]本實(shí)施例中用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)的中心頻率為73.5GHz，對(duì)其在HFSS中進(jìn)行電磁全波仿真。選用的第一介質(zhì)層2為RF35,介電常數(shù)為3.5,厚度為1.52mm,損耗角正切為0.0018，輻射通孔6的直徑為3mm，第二介質(zhì)層4為Rogers5880，介電常數(shù)為2.2，厚度為0.508mm,損耗角正切為0.0009,金屬化通孔7的直徑為0.3mm,孔心距為0.6mm,第一基片集成波導(dǎo)單元寬度為1.86mm,第一縫隙8長(zhǎng)度為1.7mm,寬度為0.2mm,第一縫隙8與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離為0.26mm，第二縫隙9長(zhǎng)度為2mm，寬度為0.2mm,第二縫隙9與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離為0.1mm，此時(shí)天線(xiàn)在寬頻帶工作。HFSS仿真結(jié)果表明，在71?76GHz的范圍內(nèi)，端口 a饋電時(shí)，反射系數(shù)Sll小于-12dB，天線(xiàn)增益大于8.1dBi。
[0027]若要使上述用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)在雙頻帶工作，其工作頻帶為71?73GHz和82?84GHz，只需調(diào)整輻射通孔6的直徑為2.6mm，第一基片集成波導(dǎo)單元寬度為
1.8mm,第一縫隙8長(zhǎng)度為1.72mm,寬度為0.2mm,第一縫隙8與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離為0.24mm，第二縫隙9長(zhǎng)度為2.2mm,寬度為0.2mm，第二縫隙9與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離為0.12mm,即可使天線(xiàn)在雙頻帶工作，對(duì)調(diào)整后的天線(xiàn)在HFSS中進(jìn)行電磁全波仿真。HFSS仿真結(jié)果表明，端口 a饋電時(shí)，在71?73GHz的范圍內(nèi)，反射系數(shù)Sll小于-lldB，天線(xiàn)增益大于7.3dBi ;在82?84GHz的范圍內(nèi)，反射系數(shù)Sll小于-10dB，天線(xiàn)增益大于7.5dBi。
[0028]本發(fā)明了還提供了一種在高增益應(yīng)用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻/多頻特性的用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)。如圖1、4、5所示，該用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)，包括從上往下依次層疊設(shè)置的第一金屬覆銅層1、第一介質(zhì)層2、第二金屬覆銅層3、第二介質(zhì)層4和第三金屬覆銅層5，所述第一介質(zhì)層2上設(shè)置有多個(gè)輻射單元，所述每個(gè)輻射單元包括設(shè)置在第一介質(zhì)層2上的輻射通孔6并且所述輻射通孔6貫穿第一金屬覆銅層1、第一介質(zhì)層2 ;所述第二介質(zhì)層4上設(shè)置有多個(gè)耦合饋電單元，所述多個(gè)耦合饋電單元分別與多個(gè)輻射單元一一對(duì)應(yīng)，所述每個(gè)耦合饋電單元包括第一基片集成波導(dǎo)單元和饋電單元，在第ニ介質(zhì)層4上設(shè)置U形金屬化通孔陣列并且所述U形金屬化通孔陣列貫穿第二金屬覆銅層
3、第二介質(zhì)層4和第三金屬覆銅層5形成所述第一基片集成波導(dǎo)單元，所述U形金屬化通孔陣列包括兩排平行于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的金屬化通孔7和ー排垂直于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的金屬化通孔7，所述饋電単元包括兩條設(shè)置在第二金屬覆銅層3上并且平行于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的縫隙，分別為第一縫隙8、第二縫隙9，第一縫隙8的長(zhǎng)度小于第二縫隙9的長(zhǎng)度，第一縫隙8、第二縫隙9位于U形金屬化通孔陣列圍成的U形空間內(nèi)并且位于輻射通孔6下方，第一縫隙8與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離和第二縫隙9距離第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的距離不相同；所述第二介質(zhì)層4上還設(shè)置有用于給每個(gè)耦合饋電單元饋電的功分器網(wǎng)絡(luò)。該用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)通過(guò)在第二金屬覆銅層3設(shè)置多個(gè)饋電単元，所述饋電単元包括兩條長(zhǎng)度不同的縫隙，且第一縫隙8與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離和第二縫隙9距離第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的距離不相同，可引入不同頻率的諧振特性，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)諧振頻率的相對(duì)位置，可以實(shí)現(xiàn)寬頻帶和雙頻帶耦合饋電特性，當(dāng)兩個(gè)諧振頻點(diǎn)落在工作頻帶內(nèi)，分別位于該頻段的高端和低端，相隔較近，可以耦合連通起來(lái)，從而改善整個(gè)頻帶內(nèi)天線(xiàn)駐波特性，實(shí)現(xiàn)寬頻帶特性；當(dāng)兩個(gè)諧振頻點(diǎn)相隔較遠(yuǎn)，耦合較弱，不能連通起來(lái)，就形成了兩個(gè)單獨(dú)諧振，形成雙頻特性，從而在高増益應(yīng)用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻/多頻特性，此外，由于電磁波無(wú)需在第一介質(zhì)層2中傳輸，減小了輻射過(guò)程中的介質(zhì)損耗，同時(shí)可以采用低價(jià)介質(zhì)基片實(shí)現(xiàn)，可大大降低成本，再者，陣列天線(xiàn)采用并饋的方式實(shí)現(xiàn)，不會(huì)改變天線(xiàn)単元的寬帶或多頻帶特性，可解決寬帶工作與高增益需求的矛盾。
[0029]進(jìn)ー步的是，所述功分器網(wǎng)絡(luò)由多級(jí)子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，每ー級(jí)子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)“T”形頭，上ー級(jí)子網(wǎng)絡(luò)的“T”形頭的兩個(gè)輸出端分別與下ー級(jí)子網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)“T”形頭的輸入端連接，周期排列下去共同組成功分器網(wǎng)絡(luò)，所述“T”形頭由三個(gè)第二基片集成波導(dǎo)單元組成，在第二介質(zhì)層4上設(shè)置兩排金屬化通孔7并且所述金屬化通孔7貫穿第二金屬覆銅層
3、第二介質(zhì)層4和第三金屬覆銅層5形成所述第二基片集成波導(dǎo)單元。這種結(jié)構(gòu)的功分器網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)緊湊，可以整體位于輻射単元正下方，不會(huì)像傳統(tǒng)功分器那樣增加額外電路面積，有利于陣列小型化，降低成本。
[0030]所述輻射通孔6的橫截面形狀可以是矩形、菱形、橢圓形、三角形、六邊形等類(lèi)似結(jié)構(gòu)，，作為優(yōu)選的是:所述輻射通孔6的橫截面優(yōu)選為圓形，圓形通孔類(lèi)似于開(kāi)ロ圓波導(dǎo)，主模傳輸、輻射電磁能量，設(shè)輻射通孔6半徑為a，根據(jù)圓波導(dǎo)單模傳輸條件，入/3.41<a< A /2.61，從而可以確定輻射通孔6的半徑范圍，由于開(kāi)ロ圓波導(dǎo)有類(lèi)似喇叭天線(xiàn)的輻射特性，大口徑利于輻射能量，增益大，同時(shí)，由于兩條長(zhǎng)度不同的縫隙饋電導(dǎo)致天線(xiàn)輻射方向圖不對(duì)稱(chēng)，調(diào)節(jié)輻射通孔6內(nèi)徑尺寸可以矯正輻射方向圖。
[0031]實(shí)施例B
[0032]本實(shí)施例中用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)的中心頻率為73.5GHz，對(duì)其在HFSS中進(jìn)行電磁全波仿真。選用的第一介質(zhì)層2為RF35，介電常數(shù)為3.5，厚度為1.52mm,損耗角正切為0.0018,福射通孔6的直徑為3mm,間距為E面3.8mm, H面4.4mm,第二介質(zhì)層4為Rogers5880，介電常數(shù)為2.2，厚度為0.508mm,損耗角正切為0.0009,金屬化通孔I的直徑為0.3_，孔心距為0.6_，第一基片集成波導(dǎo)單元寬度為1.9_，第一縫隙8長(zhǎng)度為
1.7mm,寬度為0.2mm,第一縫隙8與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離為0.26mm,第二縫隙9長(zhǎng)度為1.9mm,寬度為0.2mm，第二縫隙9與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離為0.1mm，此時(shí)天線(xiàn)在寬頻帶工作。HFSS仿真結(jié)果表明，在71?76GHz的范圍內(nèi)，端口a饋電時(shí)，反射系數(shù)Sll小于-15dB，陣列增益大于26.5dBi。
[0033]若要使上述用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)在雙頻帶工作，其工作頻帶為71?72.25GHz和81-82.25GHz，只需調(diào)整輻射通孔6的直徑為2.6mm,間距為E面3.6mm, H面4.6mm,第一基片集成波導(dǎo)單元寬度為1.8mm,第一縫隙8長(zhǎng)度為1.76mm,寬度為0.2mm,第一縫隙8與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離為0.25mm，第二縫隙9長(zhǎng)度為
2.2mm,寬度為0.2mm，第二縫隙9與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離為0.12mm,即可使天線(xiàn)在雙頻帶工作，對(duì)調(diào)整后的天線(xiàn)在HFSS中進(jìn)行電磁全波仿真。HFSS仿真結(jié)果表明，端口 a饋電時(shí)，在71?72.25GHz范圍內(nèi)，反射系數(shù)Sll小于-13dB，陣列增益大于25.8dBi ;在81?82.25GHz范圍內(nèi)，反射系數(shù)Sll小于-15dB，陣列增益大于26.1dBi。
【權(quán)利要求】
1.用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)，包括從上往下依次層疊設(shè)置的第一金屬覆銅層(1)、第一介質(zhì)層(2)、第二金屬覆銅層(3)、第二介質(zhì)層(4)和第三金屬覆銅層(5)，其特征在于:所述第一介質(zhì)層(2 )上設(shè)置有輻射單元，所述輻射單元包括設(shè)置在第一介質(zhì)層(2 )上的輻射通孔(6)并且所述輻射通孔(6)貫穿第一金屬覆銅層(I)、第一介質(zhì)層(2);所述第二介質(zhì)層(4)上設(shè)置有耦合饋電單元，所述耦合饋電單元包括第一基片集成波導(dǎo)單元和饋電單元，在第二介質(zhì)層(4)上設(shè)置U形金屬化通孔陣列并且所述U形金屬化通孔陣列貫穿第二金屬覆銅層(3)、第二介質(zhì)層(4)和第三金屬覆銅層(5)形成所述第一基片集成波導(dǎo)單元，所述U形金屬化通孔陣列包括兩排平行于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的金屬化通孔(7)和一排垂直于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的金屬化通孔(7)，所述饋電單元包括兩條設(shè)置在第二金屬覆銅層(3)上并且平行于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的縫隙，分別為第一縫隙(8)、第二縫隙(9)，第一縫隙(8)的長(zhǎng)度小于第二縫隙(9)的長(zhǎng)度，第一縫隙(8)、第二縫隙(9)位于U形金屬化通孔陣列圍成的U形空間內(nèi)并且位于輻射通孔(6)下方，第一縫隙(8)與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離和第二縫隙(9)距離第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的距離不相同。
2.如權(quán)利要求1所述的用于毫米波頻段的基片集成天線(xiàn)，其特征在于:所述輻射通孔(6)的橫截面為圓形。
3.用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)，包括從上往下依次層疊設(shè)置的第一金屬覆銅層(I)、第一介質(zhì)層(2)、第二金屬覆銅層(3)、第二介質(zhì)層(4)和第三金屬覆銅層(5)，其特征在于:所述第一介質(zhì)層(2)上設(shè)置有多個(gè)輻射單元，所述每個(gè)輻射單元包括設(shè)置在第一介質(zhì)層(2 )上的輻射通孔(6 )并且所述輻射通孔(6 )貫穿第一金屬覆銅層(I)、第一介質(zhì)層(2);所述第二介質(zhì)層(4)上設(shè)置有多個(gè)耦合饋電單元，所述多個(gè)耦合饋電單元分別與多個(gè)輻射單元一一對(duì)應(yīng)，所述每個(gè)耦合饋電單元包括第一基片集成波導(dǎo)單元和饋電單元，在第二介質(zhì)層(4)上設(shè)置U形金屬化通孔陣列并且所述U形金屬化通孔陣列貫穿第二金屬覆銅層(3)、第二介質(zhì)層(4)和第三金屬覆銅層(5)形成所述第一基片集成波導(dǎo)單元，所述U形金屬化通孔陣列包括兩排平行于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的金屬化通孔(7)和一排垂直于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的金屬化通孔(7)，所述饋電單元包括兩條設(shè)置在第二金屬覆銅層(3)上并且平行于第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的縫隙，分別為第一縫隙(8)、第二縫隙(9 )，第一縫隙(8 )的長(zhǎng)度小于第二縫隙(9 )的長(zhǎng)度，第一縫隙(8 )、第二縫隙(9 )位于U形金屬化通孔陣列圍成的U形空間內(nèi)并且位于輻射通孔(6)下方，第一縫隙(8)與第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)之間的距離和第二縫隙(9)距離第一基片集成波導(dǎo)單元中心線(xiàn)的距離不相同；所述第二介質(zhì)層(4)上還設(shè)置有用于給每個(gè)耦合饋電單元饋電的功分器網(wǎng)絡(luò)。
4.如權(quán)利要求3所述的用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)，其特征在于:所述功分器網(wǎng)絡(luò)由多級(jí)子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，每一級(jí)子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)“T”形頭，上一級(jí)子網(wǎng)絡(luò)的“T”形頭的兩個(gè)輸出端分別與下一級(jí)子網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)“T”形頭的輸入端連接，周期排列下去共同組成功分器網(wǎng)絡(luò)，所述“T”形頭由三個(gè)第二基片集成波導(dǎo)單元組成，在第二介質(zhì)層(4)上設(shè)置兩排金屬化通孔(7)并且所述金屬化通孔(7)貫穿第二金屬覆銅層(3)、第二介質(zhì)層(4)和第三金屬覆銅層(5)形成所述第二基片集成波導(dǎo)單元。
5.如權(quán)利要求4所述的用于毫米波頻段的基片集成陣列天線(xiàn)，其特征在于:所述輻射通孔(6)的橫截面為圓形。
【文檔編號(hào)】H01Q5/10GK103594779SQ201310598107
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】程鈺間, 王磊, 吳杰, 黃偉娜 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)