CN101656351A - 半模基片集成波导馈电的宽带八木天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半模基片集成波导馈电的宽带八木天线，包括双面设有金属镀层的介质基片。该结构包括半模基片集成波导、八木阵列天线、微带渐变过渡线和50欧姆微带输出线。半模基片集成波导由金属化通孔、半模基片集成波导的上层金属镀层和半模基片集成波导下层金属镀层构成。八木阵列天线由引向器、上下表面的交叉馈源阵子和平行线构成。为了测试方便，设计了微带渐变过渡线连接于半模基片集成波导和50欧姆微带线之间。半模基片集成波导结构作为该天线的馈电结构，实现了上下金属表面电流相位差180度的平衡线结构，这样就可以直接和八木阵列天线连接，为了提高增益，使用了四个引向器，因此构成了宽带、高增益、低成本、低轮廓的印刷天线结构。

Description

半模基片集成波导馈电的宽带八木天线

技术领域

本发明是一种基于新型馈电结构的宽带八木天线设计技术。所设计天线工作带宽为22GHz-30GHz，增益为10dB，包含半模基片集成波导和宽带八木天线结构两部分。通过将半模基片集成波导与八木天线级联，这种导波结构馈电八木天线结构，形成了馈电结构简单、工作带宽宽的宽带天线。该天线设计基于平面印刷电路技术，体积小巧，适合平面高度集成。

背景技术

随着通信技术的高速发展，具有低复杂度、低成本、工作带宽宽等诸多优点的宽带通信系统得到的广泛的研究和应用。而毫米波是重要而开发较晚的电磁频谱。毫米波以其波长短、频带宽、准光性和准全天候而备受青睐，在军事和民用系统得到了很大的应用。因此毫米波宽带通信系统的应用有着很大的应用前景。空间八木阵列天线广泛应用于宽带通信系统，由于其体积大而逐步发展为印刷八木阵列天线，但是目前毫米波印刷八木天线的馈电结构损耗大。半模基片集成波导是一种低剖面、低成本、工作带宽宽、设计简单、损耗低的平面传输线结构，同时上下平面的电流相位差为180°，具有平衡线特性。将八木天线和半模基片集成波导结构相结合，可以形成低剖面、低成本、高增益的宽带印刷八木天线。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种半模基片集成波导馈电的宽带八木天线，该天线不仅具有高增益、宽带特性，而且结构简单、体积小巧，满足平面电路集成的要求，并且具有成本低、便于批量生产等优点，因此适用于宽带通信系统的应用场合。

技术方案：本发明的半模基片集成波导馈电的八木天线在介质基片的两面分别设有上表面金属镀层和下表面金属镀层，在介质基片的正面设有四个引向器，在引向器的下部设有正面交叉八木偶极子单元，正面馈电平行线、半模基片集成波导的正面金属金属镀层、微带渐变线、50欧姆微带线顺序串联连接，馈电平行线的上端接正面交叉八木偶极子单元，50欧姆微带线的下端为输入端口；在介质基片的底面设有分别与正面交叉八木偶极子单元、正面馈电平行线对称的底面交叉八木偶极子单元、底面馈电平行线，在底面馈电平行线的下部连接半模基片集成波导和微带线的地表面，同时该天线具有一排等效为波导壁的金属化通孔连接半模基片集成波导和微带线的地表面半模基片集成波导的正面金属金属镀层。

半模基片集成波导的正面金属镀层直接和八木偶极子阵列天线的正面馈电平行线连接，半模基片集成波导和微带线的底面地表面直接和八木偶极子阵列天线的底面馈电平行线连接，最后形成该天线的馈电结构，同时金属化通孔是在介质基片上开设通孔，该金属化通孔与覆于介质基片双侧的上表面金属镀层和下表面金属镀层连接起来。

有益效果：

1.天线具有宽带特性，可以满足宽带微波毫米波通信系统要求；

2.天线设计简单，在毫米波频段，直接使用半模基片集成波导技术馈电八木天线，实现了馈电结构的简单化、平面化和易集成化。

3.天线整体体积小巧，采用半模基片集成波导做为馈线，可以方便与微波平面电路高度集成，适合移动小型化设备使用；

4.整个天线的各部分集成为一体，结构简单，全部利用PCB工艺生产，成本低、精度高、重复性好，适合大批量生产。

5.低损耗；馈电结构采用半模基片集成波导结构，该结构中的上、下金属敷层和中间的金属化通孔，从基片集成波导技术演化而来，保留了基片集成波导固有的低损耗特性；同时由于该半模基片集成波导的宽高比相对基片集成波导更小。因此电磁波在传播过程因介质的非理想性而产生的损耗更小，具有更佳的低损耗特性。

6.增益高：天线使用四个引向器，提高了增益。

附图说明

图1为本发明的侧视图，

图2为本发明的顶视图，

图3为本发明的低视图，

图4为本发明的天线的测试反射系数，

图5为本发明的天线测试增益，

图6为本发明在28GHz的天线测试方向图，包括E面主极化方向图、H面主极化方向图、H面交叉极化方向图和E面交叉极化方向图。

以上的图中有：介质基片1，上表面金属镀层2，下表面金属镀层3，金属化通孔4，引向器5，半模基片集成波导和微带线的下表面金属镀层6，半模基片集成波导上表面金属镀层7，微带渐变过渡线8，50欧姆微带线9，输入端口10，上表面平行线11，下表面平行线12，上表面馈源阵子天线13，下表面馈源阵子天线14。

具体实施方式

本发明的半模基片集成波导馈电的宽带八木天线是通过印刷电路板技术在微波介质基片实现。半模基片集成波导结构做馈电结构，实现同轴线到八木阵列天线的过渡。

宽带印刷八木阵列天线由一块介质基片，在介质基片上下表面覆盖的两层金属镀层和一排金属化通孔共同构成；上表面金属镀层包含有50欧姆微带线、微带渐变线、半模基片集成波导的上层金属面、引向器、天线阵子和平行线；下表面金属镀层包含有半模基片集成波导和微带线的地表面金属层、与上表面天线阵子交叉对称的下表面天线阵子，与上表面平行线对称的下表面平行线；其中，天线辐射单元采用上下表面的交叉阵子；馈线部分采用半模基片集成波导形式，馈线部分与天线辐射单元之间通过上下表面的平行线直接连接；为了提高增益，采用4个引向器；同时为了测试方便，微带渐变线用来匹配半模基片集成波导与50欧姆微带线。半模基片集成波导馈电的八木天线结构如图1-图3所示，介质基片1由上表面金属镀层2、下表面金属镀层3和一排金属化孔4共同构成。上表面金属镀层2包含有四个引向器5，半模基片集成波导的上表面金属镀层7，微带渐变过渡线8，50欧姆微带线9，上表面馈电平行线11，上表面馈源阵子天线13。下表面金属金属镀层3包含有半模基片集成波导和微带线的下表面金属镀层6，下表面馈电集合平行线12，下表面馈源阵子天线14。在基片的一侧具有一排等效为波导壁的金属化通孔4。该天线由半模基片集成波导馈电，形成了上表面阵子13和下表面阵子14的电流平衡特性。同时为了测试的方便，一段微带渐变过渡线8匹配连接于半模基片集成波导结构和50欧姆微带线9之间形式，在半模基片集成波导的一端为输入端口10。金属化通孔4的直径为0.4毫米，相邻金属化通孔中心之间的间距为0.8毫米；在通孔内壁上设置金属套并将金属套与覆于介质基片双侧的金属金属镀层连接起来。

Claims (2)

1.一种半模基片集成波导馈电的八木天线，其特征在于该天线在介质基片(1)的两面分别设有上表面金属镀层(2)和下表面金属镀层(3)，在介质基片(1)的正面设有四个引向器(5)，在引向器(5)的下部设有正面交叉八木偶极子单元(13)，正面馈电平行线(11)、半模基片集成波导的正面金属金属镀层(7)、微带渐变线(8)、50欧姆微带线(9)顺序串联连接，馈电平行线(11)的上端接正面交叉八木偶极子单元(13)，50欧姆微带线(9)的下端为输入端口(10)；

在介质基片(1)的底面设有分别与正面交叉八木偶极子单元(13)、正面馈电平行线(11)对称的底面交叉八木偶极子单元(14)、底面馈电平行线(12)，在底面馈电平行线(12)的下部连接半模基片集成波导和微带线的地表面(6)，同时该天线具有一排等效为波导壁的金属化通孔(4)连接半模基片集成波导和微带线的地表面(6)半模基片集成波导的正面金属金属镀层(7)。

2.根据权利要求1所述的半模基片集成波导馈电的八木天线，其特征是半模基片集成波导的正面金属镀层(7)直接和八木偶极子阵列天线的正面馈电平行线(11)连接，半模基片集成波导和微带线的底面地表面(6)直接和八木偶极子阵列天线的底面馈电平行线(12)连接，最后形成该天线的馈电结构，同时金属化通孔(4)是在介质基片(1)上开设通孔，该金属化通孔(4)与覆于介质基片(1)双侧的上表面金属镀层(2)和下表面金属镀层(3)连接起来。

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