[发明专利]一种适用于微波毫米波频段的双模工作的宽带低剖面微带天线

说明书

本发明公开了一种适用于微波毫米波频段的双模工作的宽带低剖面微带天线，天线为加载特定横缝和纵缝的矩形贴片，该天线由基片集成波导馈电缝隙耦合激励。本发明的天线在具有结构简单、低剖面、易加工、带宽宽、在设计频段内交叉极化低和辐射方向图稳定等优点；利用腔模型和微扰理论，可以将天线介质层和馈电网络之间黏贴层的影响考虑在设计中，提高计算天线理论尺寸的精确度。

技术领域

本发明涉及一种双模工作的宽带低剖面微带天线，天线通过基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)末端的缝隙耦合激励，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、易集成及宽带的天线产生迫切需求。传统的微带天线具有低剖面、低成本、体积小、质量轻、易于平面化、易集成等优点，但也存在带宽窄的缺点。

现有不少技术来改进微带天线的带宽。通过利用L型探针，T型馈线等馈电方式，可以显著改善微带天线的带宽，但会带来馈电方式复杂度增加、天线剖面增高等缺点。堆叠形式的微带天线、E型天线、加载U型槽的微带天线也有比较宽的工作带宽，但也存在交叉极化高、辐射方向图不稳定、结构复杂度相比传统微带天线高等缺点。同时，很多改进带宽的方式在毫米波频段，由于结构复杂、加工精度限制、加工成本高等原因，较难在工程中广泛使用。

随着现代无线通信的快速发展，对具有带宽、低剖面、结构简单的微带天线产生了很大需求。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种可以满足无线通信系统需要的、可应用于微波毫米波频段的、易于设计和加工、易于平面集成的宽带微带天线。

通过在矩形贴片上加载合适的纵缝，改变TM₂₀模式的电场分布，使得原来无法定向辐射的TM₂₀模式实现定向辐射，该模式与主模TM₁₀模式结合，从而实现宽带的特性；通过在矩形贴片上加载合适的横缝，抑制了宽频带内不需要的工作模式，保证的辐射方向图在宽频带内的稳定性。该天线具有易于平面集成、结构简单、低剖面、带宽宽等优点。

技术方案：一种适用于微波毫米波频段的双模工作的宽带低剖面微带天线，包括天线本体和馈电网络；所述天线本体包括从上到下依次层叠在一起的金属贴片、第一介质层黏贴层、金属层；所述馈电网络由第二介质层，分别印刷在第二介质层上下两面的金属层，以及穿过上下金属层和介质层的多个金属化的盲孔构成；所述多个金属化的盲孔构成SIW的类矩形腔；在类矩形腔内有一个金属化的盲孔，在馈电网络到天线之间起到阻抗匹配作用；所述馈电网络部分的金属层与天线的地共用同一金属层；所述贴片天线单元为设在第一介质层上的金属贴片，金属贴片上开有纵向矩形缝隙，纵向矩形缝隙将贴片分为2个相等的部分，所述纵向矩形缝隙的方向与SIW传输结构末端的缝隙的方向一致；所述金属贴片上还开有2个横向矩形缝隙，2个横向矩形缝隙关于矩形贴片横向中轴线和纵向中轴线均对称；所述第二介质层的上金属层上开有与矩形贴片的纵向矩形缝隙位置对应的矩形纵缝，矩形纵缝的长度方向的中轴线位于矩形金属贴片的纵向矩形缝隙长度方向中轴线的正下方，天线通过该矩形纵缝耦合激励。

矩形贴片天线单元和馈电网络之间无任何金属化孔，整个天线只存在一种类型的金属化孔。

所述天线宽度和纵向矩形缝隙的宽度影响天线的两个谐振模式的谐振频率。所述纵向矩形缝隙可以改变TM₂₀模式的电场分布，使得高次模TM₂₀模式下微带天线能够像工作主模TM₁₀模式下的微带天线一样定向辐射，天线在TM₁₀和 TM₂₀模式下均可实现定向辐射，从而实现天线宽带特性。

所述天线上加载的两条横向矩形缝隙可以抑制不理想的模式，从而实现了宽频带内辐射方向图和增益的稳定性，改善天线的辐射特性。