[发明专利]一种基于基片集成波导的背腔缝隙双频圆极化天线

说明书

本发明公开了一种基于基片集成波导的背腔缝隙双频圆极化天线，包括：用于测试的接地共面波导(Grounded Coplanar Waveguide,GCPW)与SIW之间的转接结构、由SIW传输线及感性窗构成的两阶匹配线路、由SIW构成的近似圆形背腔以及圆形背腔正面的两个指数渐变缝隙辐射单元。采用本发明的方法所设计的天线可以在两个频点实现圆极化辐射。

技术领域

本发明涉及一种应用前景广泛的采用SIW(Substrate Integrated Waveguide,基片集成波导)技术的双频圆极化背腔缝隙天线，属于天线技术领域。

背景技术

天线是无线通信系统的重要组成部分。无线通信的快速发展，对体积小、成本低、高增益以及易集成的天线产生迫切需求。传统的背腔天线具有高增益、低前后比等优点，但也存在体积过大、不易与平面电路集成等缺点。

圆极化天线能够接收来自任意天线的任意极化电磁波，可以有效地提高接收和辐射效率，因此被广泛地应用于实际的干扰与电子侦察中。圆极化天线可以利用喇叭天线、微带天线或背腔天线等多种天线形式实现。随着现代无线通信的快速发展，对低剖面易于平面集成、单向辐射、可以双频工作的圆极化天线单元产生了很大需求。

发明内容

发明目的：本发明采用SIW技术，提供了一种可以满足无线通信系统需要的、可应用与微波毫米波频段的、易于设计和加工、低剖面易于平面集成的双频圆极化背腔天线。通过激发近似圆形背腔表面的两个指数渐变缝隙的谐振，在远场激励起所需的双频圆极化辐射。该天线具有定向辐射、低剖面、双频圆极化、单馈点方式等优点。

技术方案：一种基于基片集成波导的背腔缝隙双频圆极化天线，包括介质层，上下金属层构成的天线本体，天线本体包括用于测试的接地共面波导(Grounded CoplanarWaveguide,GCPW)与SIW之间的GCPW-SIW转接结构、由SIW传输线及感性窗构成的两阶匹配线路、由SIW构成的近似圆形背腔以及圆形背腔正面的两个指数渐变缝隙辐射单元。天线通过转接结构对SIW腔体馈电，选择主模TM₀₁₀模为圆形SIW谐振腔的工作模式，产生以支持指数渐变缝隙工作时所需的电场；设计两个指数渐变缝隙使其在所需频点产生谐振，在远场形成两个频点的圆极化辐射。

所述天线本体包括多个外围金属通孔、6个内部金属通孔和2个渐变式GCPW缝隙和2个指数渐变形缝隙；其中外围金属通孔、内部金属通孔和渐变式GCPW缝隙关于中轴线对称排布，指数渐变形缝隙不关于中轴线对称。所述外围金属通孔构成水平放置的瓶形结构，包括顺序连接的窄段、连接段、宽段和圆弧段，所述渐变式GCPW缝隙位于上层金属层，分布在窄端和连接段对应的内侧，其横截面为窄矩形连接三角形的结构，所述内部金属通孔分布在宽段对应的内侧，在靠近连接段的一侧其中4个内部金属通孔排布在与轴向垂直的同一条直线上，在靠近圆弧段的一侧，另外两个内部金属通孔排布在与轴向垂直的同一条直线；所述指数渐变形缝隙分布在圆弧段对应的内侧，分别为外圈指数渐变形缝隙和内圈指数渐变形缝隙，2个指数渐变形缝隙的开口错开。渐变式GCPW缝隙及窄端、连接段的外围金属通孔构成GCPW-SIW转接结构，为馈电点，通过在GCPW处接同轴接头进行馈电；由宽段的外围金属通孔构成的传输线和由内部金属通孔构成的两阶感性窗一起构成匹配线路，为SIW的馈线部分；圆弧段的外围金属化通孔构成SIW近似圆形背腔，指数渐变缝隙构成作为辐射主体。GCPW-SIW转接结构向天线腔体进行馈电，经由匹配线路，利用SIW近似圆形背腔和辐射主体，可实现两个频点的左旋圆极化辐射。

将两个指数渐变缝隙辐射单元按SIW腔体的对称中轴线镜像对称，构成的天线可实现双频右旋圆极化辐射。

所述近似圆形背腔的半径为r₀，其与天线的工作频率有关，具体的，近似圆形背腔工作在TM₀₁₀模式，其半径r₀遵循以下公式：