CN201868568U - 基片集成波导馈电的双偶极子天线及阵列 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基片集成波导馈电的双偶极子天线，由两个印刷偶极子组成双偶极子辐射单元，其特征在于：两个印刷偶极子由印刷平行双线连接，采用基片集成波导激励馈电印刷平行双线；微带输入端口和所述基片集成波导之间通过微带渐变线连接，所述基片集成波导和所述双偶极子辐射单元之间通过渐变型印刷平行双线连接，它频段宽、增益高，既可作为独立的天线使用也可作为基本的辐射单元构成天线系统。本实用新型还公开一种基片集成波导功率分配器馈电的双偶极子天线阵列，它是一种宽频带的定向高增益天线阵列，该天线使用基片集成波导功率分配器作为馈电网络，采用双偶极子作为独立辐射单元，可以应用于通信系统等领域中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种印刷偶极子天线，具体涉及一种基片集成波导及其功率分配器馈电的双偶极子天线及阵列。
背景技术
近年来，无线通信技术得到了快速发展并获得了广泛应用。越来越多的通信系统要求低成本、易制作、易于和其它微波射频平面电路集成的天线。高频段、宽频带、高增益、定向辐射、易制作、易集成的天线是目前的研究热点之一。印刷偶极子天线是常见的平面天线，易制作且易实现与其它微波射频电路的共面集成。但是单个偶极子的增益有限，为提高辐射增益，可将偶极子组成阵列，但同一个阵列中的振子数目越多，馈电网络就会越复杂，如果可以提高单个辐射单元的辐射增益，可以减低馈电网络的复杂度。同时在Ku及更高的频段，常见的微带馈电网络或者印刷平行双线馈电网络，损耗大、寄生辐射严重，会极大地影响天线的工作效率和辐射方向性。为印刷偶极子天线及其阵列选择低损耗、易集成的馈电网络，设计合适的馈电网络，减低损耗和寄生辐射，成为天线阵列研究中的关键问题，具有实际的应用价值。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的在于提供一种工作在Ku波段、宽带宽、高增益、定向辐射的基片集成波导馈电的双偶极子天线及阵列。
技术方案：本实用新型所述的基片集成波导馈电的双偶极子天线及阵列采用基片集成波导及基片集成波导功率分配器为天线及其阵列馈电，基片集成波导馈电电路阻抗带宽大、损耗小、寄生辐射极低、易于实现天线与其他微波射频电路的共面与集成。本实用新型所述的基片集成波导馈电的双偶极子天线，具体结构为：由两个印刷偶极子组成双偶极子辐射单元，两个印刷偶极子由印刷平行双线连接，采用基片集成波导激励馈电印刷平行双线；微带输入端口和所述基片集成波导之间通过微带渐变线连接，所述基片集成波导和所述双偶极子辐射单元之间通过渐变型印刷平行双线连接。
所述两个印刷偶极子一长一短，对应的工作频率分别低于和高于中心工作频率；所述基片集成波导设置在距离长印刷偶极子较近的一侧。
所述基片集成波导是由两排金属化通孔构成。
天线采用平面电路工艺制作在介质基片上。
本实用新型所述的基片集成波导功率分配器馈电的双偶极子天线阵列，具体结构为：将多个双偶极子辐射单元组成阵列，采用基片集成波导功率分配器为阵列天线馈电，微带输入端口和基片集成波导功率分配器之间通过微带渐变线连接，基片集成波导功率分配器的输出端口和双偶极子辐射单元之间通过渐变型印刷平行双线连接。
所述双偶极子辐射单元为由印刷平行双线连接的一长一短两个印刷偶极子组成，对应的工作频率分别低于和高于中心工作频率；所述基片集成波导功率分配器设置在距离长印刷偶极子较近的一侧。
所述基片集成波导功率分配器是由多排金属化通孔构成。
所述基片集成波导功率分配器采用圆弧型拐角线。
天线阵列采用平面电路工艺制作在介质基片上。
本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：1、普通的单个印刷偶极子作为辐射单元，阻抗带宽相对较窄，本实用新型中采用双偶极子作为辐射单元：天线的辐射单元由两个长、短印刷偶极子组成，天线辐射单元的阻抗带宽也由这两个印刷偶极子的工作频段叠加形成；使用印刷平行双线连接这两个不同长度的振子，通过优化印刷平行双线的宽度和长度可取得最佳阻抗带宽，并且双偶极子同时辐射，在保持E面和H面的辐射特性的同时提高了远场辐射增益，既可作为独立的天线使用也可作为基本的辐射单元构成天线系统；2、本实用新型基片集成波导功率分配器馈电的双偶极子天线阵列是一种宽频带的定向高增益天线，该天线使用基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide SIW)功率分配器作为馈电网络，采用双偶极子作为独立辐射单元，可以应用于通信系统等领域中；3、常见的微带馈电网络在这个频段上损耗较大，而且尺寸与辐射单元尺寸相比拟，会带来较大的寄生辐射，影响天线性能，利用基片集成波导作为Ku波段天线的馈电网络可以很好的减小损耗，降低寄生辐射；通常的微带功率分配器带宽相对较窄，对阵列天线馈电会对阵列天线的带宽产生局限，使用基片集成波导功率分配器作为馈电网络，可以极大的提高工作带宽；4、在本实用新型中，基片集成波导采用圆弧型拐弯线代替常见的直角拐角线，可以进一步扩大其工作带宽；并且，常见基片集成波导的直角拐弯线在拐角处需要设计一个反射金属化通孔，采用圆弧型的拐弯线可见简化这个设计步骤，从而使设计更加快捷；5、本实用新型天线及其阵列结构简单，制作全部利用成熟的标准工业工艺，成本低，容易批量生产，馈电网络为封闭结构因而辐射小，隔离和抗干扰能力强，容易与其它平面微波射频电路集成。
附图说明
图1为基片集成波导馈电双偶极子天线的顶层结构示意图；
图2为基片集成波导馈电双偶极子天线的底层结构示意图；
图3为基片集成波导功率分配器馈电的双偶极子天线阵列；
图4为阵列天线输入端反射系数S11的仿真和测试结果；
图5(a)为阵列天线13GHz E面辐射方向图；
图5(b)为阵列天线13GHz H面辐射方向图；
图5(c)为阵列天线14GHz E面辐射方向图；
图5(d)为阵列天线14GHz H面辐射方向图；
图5(e)为阵列天线15GHz E面辐射方向图；
图5(f)为阵列天线15GHz H面辐射方向图；
图6为天线远场辐射增益的测试结果。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
如图1、图2所示的基片集成波导馈电双偶极子天线，图中，基片集成波导1是由两排金属化通孔2构成，微带输入端口3和基片集成波导1之间通过微带渐变线4连接，基片集成波导1和双偶极子辐射单元5之间通过渐变型印刷平行双线6连接，双偶极子的长、短偶极子之间由平行双线7连接，较长的偶极子距离基片集成波导较近；本实施例中，W＝0.7mm；W1＝0.5mm；W2＝0.5mm；WW＝3.6mm；L1＝4.6mm；L2＝3.7mm；LL＝3.1mm；S＝2.1mm；SIW_W＝9.9mm；taperl_W＝2.8mm；ms_W＝1.45mm；taperl_L＝3.1mm；R1＝0.6mm；D＝1mm；
图3为一个1×4的基片集成波导功率分配器馈电的双偶极子阵列天线，整个阵列中有四个辐射单元5。双偶极子辐射单元应采用平衡馈电方式。在基片集成波导输入端3’，通过微带渐变线4将微带输入端口3’与基片集成波导进行阻抗匹配，由一个带圆弧拐角线的基片集成波导四路功率分配器1’，为四个双偶极子辐射单元等幅、同相馈电，所述基片集成波导功率分配器1’是由多排金属化通孔2构成；功率分配器的四路出口通过渐变型印刷平行双线6和辐射单元5连接，实现阻抗匹配。这里的基片集成波导功率分配器1’采用圆弧型拐角线，可以简化设计步骤、拓展带宽。AS是相邻双偶极子辐射单元的间距；实施例中AS＝13.8mm；X1＝4.2mm；R2＝0.6mm；制作的实例天线工作在13-15GHz频段。整个天馈线采用平面电路工艺制作在介质基片上。实例中介质基片采用了厚度为0.508mm的介电常数为2.2的Rogers5008作为介质板。图4为在实际天线输入端口处反射系数仿真和测试结果。图5为分别在五个频点13GHz、14GHz和15GHz上测得的天线辐射方向图。图6是在五个频点13GHz、13.5GHz、14GHz、14.5GHz和15GHz上测得远场辐射增益。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (7)
1.一种基片集成波导馈电的双偶极子天线，由两个印刷偶极子组成双偶极子辐射单元，其特征在于：两个印刷偶极子由印刷平行双线连接，采用基片集成波导激励馈电印刷平行双线；微带输入端口和所述基片集成波导之间通过微带渐变线连接，所述基片集成波导和所述双偶极子辐射单元之间通过渐变型印刷平行双线连接。
2.根据权利要求1所述的基片集成波导馈电的双偶极子天线，其特征在于：所述两个印刷偶极子一长一短，对应的工作频率分别低于和高于中心工作频率；所述基片集成波导设置在距离长印刷偶极子较近的一侧。
3.根据权利要求1所述的基片集成波导馈电的双偶极子天线，其特征在于：天线采用平面电路工艺制作在介质基片上。
4.一种基片集成波导功率分配器馈电的双偶极子天线阵列，其特征在于：将多个双偶极子辐射单元组成阵列，采用基片集成波导功率分配器为阵列天线馈电，微带输入端口和基片集成波导功率分配器之间通过微带渐变线连接，基片集成波导功率分配器的输出端口和双偶极子辐射单元之间通过渐变型印刷平行双线连接。
5.根据权利要求4所述的基片集成波导功率分配器馈电的双偶极子天线阵列，其特征在于：所述双偶极子辐射单元为由印刷平行双线连接的一长一短两个印刷偶极子组成，对应的工作频率分别低于和高于中心工作频率；所述基片集成波导功率分配器设置在距离长印刷偶极子较近的一侧。
6.根据权利要求4所述的基片集成波导功率分配器馈电的双偶极子天线阵列，其特征在于：所述基片集成波导功率分配器采用圆弧型拐角线。
7.根据权利要求4所述的基片集成波导功率分配器馈电的双偶极子天线阵列，其特征在于：天线阵列采用平面电路工艺制作在介质基片上。
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