專利名稱：基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于無線通信、電子偵察與對(duì)抗及雷達(dá)等領(lǐng)域的天線及饋電技術(shù)，該天饋線采用基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide SIW)饋電及平面印刷電路技術(shù)，特別適合于天饋線需要與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平面集成和密封的應(yīng)用場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
電子設(shè)備中的天饋線常用的同軸線、矩形波導(dǎo)及與這些傳輸線相適應(yīng)的天線結(jié)構(gòu)大多是傳統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)。它們具有高功率容量、低損耗的優(yōu)點(diǎn)，但加工成本高，不適合與現(xiàn)代平面電路集成。為適應(yīng)系統(tǒng)集成和設(shè)備輕量化的要求，人們提出了多種適合平面印刷工藝的天饋線技術(shù)，其中包括微帶線、槽線、共面波導(dǎo)等，以及與這些傳輸線相適應(yīng)的各種天線，如各種微帶天線和印刷形式的天線。這些技術(shù)雖然較好地解決了與電路集成的要求，但也存在著諸如功率容量小、損耗大、因結(jié)構(gòu)開放而不便密封等問題。在許多需要電路與天線之間隔開的場(chǎng)合，通常的辦法是將隔墻開孔讓微帶線等開放結(jié)構(gòu)的傳輸線穿過，或通過同軸接頭轉(zhuǎn)接。前者不便密封，后者增加了復(fù)雜性和體積、成本?；刹▽?dǎo)(SIW)技術(shù)克服了傳統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)傳輸線和一般平面?zhèn)鬏斁€缺點(diǎn)。SIW技術(shù)在保持傳統(tǒng)波導(dǎo)高功率、低損耗優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還保留了一般平面印刷傳輸線易于集成、輕量化、易加工、便于密封等優(yōu)點(diǎn)，但適合SIW饋電的天線種類還不是很多。因此需要研究一種新方法解決天饋線集成、天饋線與電路集成及密封問題。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，使其能很好地滿足天饋線與電路集成和密封的要求，同時(shí)擴(kuò)展SIW技術(shù)在天線領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，使之適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合。該天饋線具有功率容量大、損耗小、體積小、成本低、便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)方案本發(fā)明的天線及饋電技術(shù)基于SIW技術(shù)、SIW與漸變雙線、微帶線過渡及印刷振子天線技術(shù)。采用SIW傳輸，通過SIW-雙線過渡給印刷振子天線饋電，電路與天線之間的隔板(或天線的反射板)上開縫隙，天線用SIW段穿過縫隙實(shí)現(xiàn)與隔板內(nèi)側(cè)電路密封連接。
本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，包括一塊介質(zhì)基片，和在介質(zhì)基片上的基片集成波導(dǎo)，其特征在于該天線的基片集成波導(dǎo)由介質(zhì)基片上下兩面的金屬面和貫穿于上下兩層金屬面的金屬化通孔陣列圍成的區(qū)域構(gòu)成，該上下兩面的金屬面軸對(duì)稱設(shè)置；其中，在介質(zhì)基片的上下表面，在基片集成波導(dǎo)中心線的一側(cè)連接有雙線傳輸線的漸變過渡段，在漸變過渡段的外端即漸變過渡線平衡端連接有振子天線；在基片集成波導(dǎo)上與漸變過渡段相對(duì)稱的另一側(cè)連接有微帶過渡轉(zhuǎn)接器，微帶過渡轉(zhuǎn)接器的外側(cè)連接微帶傳輸線。
在以上結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還可有以下的結(jié)構(gòu)在基片集成波導(dǎo)上的漸變過渡段的一旁設(shè)有寄生桿。在基片集成波導(dǎo)上的漸變過渡段的兩旁分別設(shè)有寄生桿。在漸變過渡段兩旁對(duì)稱于介質(zhì)基片兩側(cè)的寄生桿，由第五金屬化通孔陣列連接。
在對(duì)稱于介質(zhì)基片上的振子天線的另一側(cè)設(shè)有對(duì)稱振子天線的第一矩形金屬條帶和第二矩形金屬條帶，并由第四金屬化通孔陣列將振子天線與對(duì)稱振子天線的第一矩形金屬條帶和第二矩形金屬條帶連接。
有益效果本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.由于采用基片集成波導(dǎo)作為天線饋線，使天線與電路之間密封更簡(jiǎn)單方便和經(jīng)濟(jì)。電路盒隔板或天線反射板可直接壓在基片集成波導(dǎo)的上下底面上(圖1、圖2中的21)，不需要在隔板上另外開孔或附加任何轉(zhuǎn)接措施，便既能達(dá)到密封的目的也不會(huì)影響信號(hào)傳輸。
2.以漸變線的方式實(shí)現(xiàn)了波導(dǎo)到雙線(TE波到TEM波)的直接變換，實(shí)現(xiàn)了SIW為振子天線饋電，擴(kuò)展了SIW技術(shù)在天線領(lǐng)域里的應(yīng)用范圍。
3.采用基片集成波導(dǎo)作為天線饋線，與微帶、共面波導(dǎo)等傳輸線相比功率容量大，損耗小。
4.用金屬化通孔陣列將單面結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為雙面對(duì)稱印刷結(jié)構(gòu)，增加了結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，改善了交叉極化和帶寬性能。增加寄生元件實(shí)現(xiàn)對(duì)天線E面波束寬度的控制、降低陣列E面互耦。
5.整個(gè)天饋線的各部分集成為一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全部利用PCB工藝生產(chǎn)，成本低、精度高、重復(fù)性好，適合大批量生產(chǎn)。
圖1是基本型基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是雙面對(duì)稱印刷結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線結(jié)構(gòu)示意圖。
以上的圖中有介質(zhì)基片1，基片集成波導(dǎo)2，介質(zhì)基片上下兩面的金屬層21，兩行金屬化通孔陣列22，基片集成波導(dǎo)的波導(dǎo)寬邊23，基片集成波導(dǎo)與雙線傳輸線的漸變過渡段3，漸變過渡段在基片集成波導(dǎo)寬邊上的輸入端31，漸變過渡段的平衡輸出端32，振子第一臂41，振子第二臂42，振子第一臂41，振子第二臂42構(gòu)成振子天線4，金屬化通孔陣列4a，第一矩形金屬條帶41b，第二矩形金屬條帶42b，寄生桿5，金屬化通孔陣列5a，寄生桿5對(duì)面形狀與5相同的金屬條帶5b，基片集成波導(dǎo)-微帶過渡轉(zhuǎn)接器6，微帶傳輸線7。
具體實(shí)施例方式
基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線(如圖1所示)包括一塊介質(zhì)基片1，在介質(zhì)基片1上的基片集成波導(dǎo)2(基片集成波導(dǎo)2由介質(zhì)基片上下兩面的金屬21和貫穿于上下兩層金屬面的金屬化通孔陣列22圍成的區(qū)域構(gòu)成)，基片集成波導(dǎo)與雙線傳輸線的漸變過渡段3，與漸變過渡線平衡端連接的振子天線的兩個(gè)臂振子第一臂41，振子第二臂42，寄生桿5和基片集成波導(dǎo)-微帶過渡轉(zhuǎn)接器6與微帶傳輸線7，漸變過渡段的輸入端31與基片集成波導(dǎo)在基片上下兩側(cè)的波導(dǎo)寬邊23中心處連接，漸變過渡段的平衡輸出端32連接印刷振子的第一臂41和第二臂42，振子第一臂41，振子第二臂42構(gòu)成振子天線4，在振子第一臂41和第二臂42下方的寄生桿5為可選元件，可用以展寬天線E面方向圖波束寬度，在陣列中還用以減小天線單元間E面互耦，為與電路的微帶線連接，基片集成波導(dǎo)的另一端通過基片集成波導(dǎo)-微帶過渡轉(zhuǎn)接器6與微帶傳輸線7相連，在圖1結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過用金屬化通孔陣列4a將振子第一臂41、振子第二臂42分別與其相對(duì)的第一矩形金屬條帶41b，第二矩形金屬條帶42b連接，用金屬化通孔陣列5a把寄生桿5與基片對(duì)面形狀與5相同的金屬條帶5b連接(如圖2所示)，使工作帶寬增加，交叉極化性能得到改善。
實(shí)施例1 帶有金屬反射板的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線。
天線結(jié)構(gòu)如圖2所示，尺寸單位均為mm。金屬反射板尺寸為150×150×4(L×W×H)，在反射板上開有43×1的縫隙讓帶有基片集成波導(dǎo)和印刷天線的介質(zhì)基片穿過。本實(shí)施例的基片尺寸為43×44×1。反射板一側(cè)為向外輻射的天線，另一側(cè)為SIW和與電路連接的過渡轉(zhuǎn)接。使縫隙位于SIW處，這樣即可達(dá)到密封、隔離的目的，又不會(huì)因?yàn)榻饘俜瓷浒迳系目p隙與基片上下兩面的金屬連接而造成射頻信號(hào)的短路。
實(shí)施例2 與電路屏蔽盒實(shí)現(xiàn)密封連接的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線陣。
由基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線通過反射板及屏蔽盒壁上的縫隙與電路屏蔽盒內(nèi)部的電路實(shí)現(xiàn)密封連接的天線陣結(jié)構(gòu)，實(shí)例為8×8的陣列，每塊天線板上加工有按水平方向排列的8個(gè)如圖1或圖2所示結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線單元(為畫圖方便示意圖中用圖1結(jié)構(gòu)表示)，每個(gè)單元由SIW段通過反射板及電路盒殼體上的縫隙與電路盒內(nèi)部對(duì)應(yīng)的電路連接，共有8層這樣的電路盒及天線板垂直排列構(gòu)成8×8的陣列。由于每層電路盒的縫隙直接壓接在SIW上而不會(huì)影響信號(hào)傳輸，縫隙處涂密封膠也不會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸造成影響，所以這種結(jié)構(gòu)的天線能很好地解決天線與電路之間的氣密、水密連接問題。
本專利工作得到國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體基金60621002的資助。
權(quán)利要求
1.一種基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，包括一塊介質(zhì)基片(1)，和在介質(zhì)基片(1)上的基片集成波導(dǎo)(2)，其特征在于該天線的基片集成波導(dǎo)(2)由介質(zhì)基片(1)上下兩面的金屬面(21)和貫穿于上下兩層金屬面(21)的金屬化通孔陣列(22)圍成的區(qū)域構(gòu)成，該上下兩面的金屬面(21)軸對(duì)稱設(shè)置；其中，在介質(zhì)基片(1)的上下表面，在基片集成波導(dǎo)(2)中心線的一側(cè)連接有雙線傳輸線的漸變過渡段(3)，在漸變過渡段(3)的外端即漸變過渡線平衡端連接有振子天線(4)；在基片集成波導(dǎo)(2)上與漸變過渡段(3)相對(duì)稱的另一側(cè)連接有微帶過渡轉(zhuǎn)接器(6)，微帶過渡轉(zhuǎn)接器(6)的外側(cè)連接微帶傳輸線(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，其特征在于在基片集成波導(dǎo)(2)上的漸變過渡段(3)的一旁設(shè)有寄生桿(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，其特征在于在基片集成波導(dǎo)(2)上的漸變過渡段(3)的兩旁分別設(shè)有寄生桿(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，其特征在于在漸變過渡段(3)兩旁對(duì)稱于介質(zhì)基片(1)兩側(cè)的寄生桿(5)，由第五金屬化通孔陣列(5a)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線，其特征在于在對(duì)稱于介質(zhì)基片(1)上的振子天線(4)的另一側(cè)設(shè)有對(duì)稱振子天線的第一矩形金屬條帶(41b)和第二矩形金屬條帶(42b)，并由第四金屬化通孔陣列(4a)將振子天線(4)與對(duì)稱振子天線的第一矩形金屬條帶(41b)和第二矩形金屬條帶(42b)連接。
全文摘要
基片集成波導(dǎo)饋電的印刷天線涉及一種應(yīng)用于無線通信、電子偵察與對(duì)抗及雷達(dá)等領(lǐng)域的天線及饋電技術(shù)，特別適合于天饋線需要與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平面集成和密封的應(yīng)用場(chǎng)合。該天線的基片集成波導(dǎo)(2)由介質(zhì)基片(1)上下兩面的金屬面(21)和貫穿于上下兩層金屬面(21)的金屬化通孔陣列(22)圍成的區(qū)域構(gòu)成，該上下兩面的金屬面(21)軸對(duì)稱設(shè)置；其中，在介質(zhì)基片(1)的上下表面，在基片集成波導(dǎo)(2)中心線的一側(cè)連接有雙線傳輸線的漸變過渡段(3)，在漸變過渡段(3)的外端即漸變過渡線平衡端連接有振子天線(4)；在基片集成波導(dǎo)(2)上與漸變過渡段(3)相對(duì)稱的另一側(cè)連接有微帶過渡轉(zhuǎn)接器(6)，微帶過渡轉(zhuǎn)接器(6)的外側(cè)連接微帶傳輸線(7)。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK101075702SQ20071002448
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月19日
發(fā)明者洪偉, 蒯振起, 余晨, 陳繼新, 田玲, 嚴(yán)蘋蘋 申請(qǐng)人:東南大學(xué)