[发明专利]一种双频小型化背腔天线设计方法

说明书

本发明公开了一种双频小型化背腔天线设计方法，包括：在基板上刻蚀基片集成波导矩形谐振腔，将波导矩形谐振腔顶部覆铜层刻蚀为一阶矩形分形缝隙结构，其中，一阶矩形分形缝隙结构由一个主贴片，四个设置在主贴片上的分形贴片，以及四周的金属化通孔形成的电壁和底部金属地组成；对一阶矩形分形缝隙结构进行切分，得到四分之一模腔体；根据指标要求，调节四分之一模腔体的几何参数。本发明使用分形技术增加天线的辐射口径，使得谐振点向低频移动，实现小型化并激励起分形模式，并且通过切模技术将天线的平面尺寸进一步减小至原本的四分之一，不必要的分形模式由于切分处理后受到了抑制，使得天线在较宽的频率范围内仅有所需的两个正交模式分布。

技术领域

本发明涉及天线设计技术领域，尤其涉及一种双频小型化背腔天线设计方法。

背景技术

随着现代无线通信技术的发展，用户对天线性能的需求也随之提高。一方面，要求天线具有良好的辐射特性以支持空间无线通信；另一方面，用户也寻求一种节约成本的天线系统，即要求天线具有较小的尺寸，并且一部天线可以作为多个传统天线使用。随着微带技术的发展，许多传统类型的大尺寸天线被集成于低剖面的印制电路板中，减小了天线尺寸。基片集成波导是一种可以在介质基板中形成等效波导工作模式的电路结构，通过基板上下表面的覆铜层以及金属化通孔形成的等效电壁实现波导结构。由于基片集成波导具有极好的科研价值和发展前景，近年来被学者们所广泛研究。

背腔天线是一种腔体缝隙天线，具有高增益、高前后比的良好辐射特性。然而由于腔体的存在，传统背腔天线难以实现小型化。使用基片集成波导电路构成的背腔天线具有低剖面的优势。为进一步减小腔体平面尺寸，一般的小型化方案包括以下两种：第一，加载超材料单元。根据色散理论，当谐振结构处于特殊的谐振频率时，其色散效果可等效成为左手材料，加载与背腔天线上时可在比主模谐振频率低的频段激励起辐射模式，减小了天线的电尺寸，实现小型化。然而，超材料单元往往结构复杂，在谐振频段可能影响到天线的辐射效率和极化。第二，使用切模理论。根据腔模理论，当腔体工作与TE101模时，由于其横向、纵向中轴线可等效成理想磁壁，因此进行四分之一切模处理后电场的分布变为TE0.5,0,0.5模式，且谐振频率不变，进一步减小了腔体尺寸。因此，半模、四分之一模乃至八分之一模处理一直是腔体尺寸较小的重要手段。然而，由于模式分布的单一性，小型化背腔天线存在辐射极化的单一性，并且对辐射缝隙有了严格的限制，否则会破坏腔体电场分布影响模式激励。

双频天线可以在两个频段工作，因此可以通过一款天线替代传统工作于不同频段的两款天线。具有正交极化辐射的双频天线，即两个工作频段的辐射极化正交，可以提高两个频段之间的信道隔离度，使得不同频率的信号不会串扰，减轻了后端射频电路的负担。

传统的背腔天线具有高增益、高前后比的优势，然而由于谐振腔的存在，天线的结构尺寸大，剖面高。背腔天线经过分模处理后，由于其谐振模式的单一性难以实现多极化辐射。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种双频小型化背腔天线设计方法，使用分形技术增加天线的辐射口径，使得谐振点向低频移动，实现小型化并激励起分形模式，并且通过切模技术将天线的平面尺寸进一步减小至原本的四分之一，额外地，不必要的分形模式由于切分处理后受到了抑制，使得天线在较宽的频率范围内仅有所需的两个正交模式分布。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种双频小型化背腔天线设计方法，包括如下步骤：

在基板上刻蚀基片集成波导矩形谐振腔，将波导矩形谐振腔顶部覆铜层刻蚀为一阶矩形分形缝隙结构，其中，所述一阶矩形分形缝隙结构由一个主贴片，四个设置在主贴片上的分形贴片，以及四周的金属化通孔形成的电壁和底部金属地组成；

对所述一阶矩形分形缝隙结构进行切分，得到四分之一模腔体；

根据指标要求，调节所述四分之一模腔体的几何参数。