专利名称：高增益低损耗基片集成波导多波束天线的制作方法
技术领域：
本实用新型的改进型基片集成波导双圆透镜可以适用于微波毫米波的波束成 形网络和多波束天馈系统，由其形成的基片集成波导多波束天线可以应用于微波 毫米波多波束天线和智能天线技术。
背景技术：
移动通信的迅速发展，使得传统的多址方式，如CDMA,FDMA,TDMA等， 已不能满足日益增长的扩容需要。多波束天线通过波束成形网络产生多个固定并 行指向的波束，用来覆盖整个用户区，从而达到扩容的目的。双圆透镜即是一种 波束成形网络，与类似的波束成形电路相比，它能够利用一个天线阵产生数十甚 至上百个波束，因而获得了广泛应用。随着工作频率的增高，尤其进入毫米波频 段，巨大的损耗使得由传统平面电路如微带线等构成的双圆透镜无法正常工作， 且由于体积过小而无法实现。如果采用金属波导来实现该透镜结构，虽然其性能 优异，但会产生加工困难、成本较高、重量大等难以克服的问题。新型基片集成 波导技术既具有平面电路的易集成、制作方便等优点，又具有与金属波导近似的 高2值、低损耗的优良特性，适于微波毫米波多波束天线的设计。考虑在设计中 采用基片集成波导结构，在原双圆透镜的基础上作了改进，使之结构更紧凑、设 计更简化。 发明内容
技术问题本实用新型的目的是提出一种高增益低损耗基片集成波导多波束 天线，实现毫米波频段的固定波束切换，使其能直接应用于集成电路设计，且具 有损耗较低，体积较小，成本低，容易大批量生产，易与有源电路集成等优点。
技术方案本实用新型的高增益低损耗基片集成波导多波束天线，包括上层 金属敷铜面、下层金属敷铜面、介质基片、金属化通孔、金属化通孔围成的圆、 输入端口、输出端口、匹配口、基片集成波导移相网络、辐射天线阵、基片集成波导缝隙阵天线、金属表面上的缝隙；上层金属敷铜面、下层金属敷铜面分别位 于介质基片的正反两面，金属化通孔穿过介质基片与上层金属敷铜面、下层金属 敷铜面相连接组成金属化通孔围成的圆、基片集成波导移相网络、辐射天线阵， 在金属化通孔围成的圆的侧壁上分布有输入端口、输出端口和匹配口，输出端口 与基片集成波导移相网络连接，基片集成波导移相网络的另一端连接辐射天线阵， 辐射天线阵由多个基片集成波导缝隙阵天线并排构成，在每一个基片集成波导缝 隙阵天线上都设有金属表面上的缝隙。
改进型双圆透镜采用基片集成波导技术，利用光学原理，通过从不同的输入 端口激励来产生不同的相位差，与基片集成波导缝隙天线阵相结合形成相应的多 个波束指向，从而构成多波束天线。由于基片集成波导不支持TEM模式，故在本 设计中采用了不同于传统激励模式的TEu)模，这样仅使其工作带宽略微减少。由 于采用了基片集成波导技术进行设计，克服了以往双圆透镜工作于毫米波频段时 的缺陷，同时该多波束天线为平面电路的结构，其易于与弯曲结构共形，具有较 高实用性。
有益效果本实用新型具有以下优点
1:)使改进型双圆透镜在以平面电路的形式工作于毫米波频段时，具有较高增
益、2值和较低损耗。同时与金属波导的立体结构相比，体积小、重量轻、 加工容易。
2:)改进型基片集成波导双圆透镜与基片集成波导缝隙天线阵相连形成多波束
天线，结构简单、紧凑、 一体化。 3:)该多波束天线制作于介质基片上，与有源电路集成方便。 4:)该多波束天线可与弧度不大的弯曲表面(如飞机机翼表面等)直接共形，
不需另外设计，具有较高实用性。 5:)整个多波束天线的各部分集成为一体，全部利用普通PCB工艺制作，成 本低、精度高、重复性好，适合大批量生产。
图1是本实用新型的结构示意图。
以上的图中有上层金属敷铜面l、下层金属敷铜面2、介质基片3、金属化通孔4、由金属化通孔围成的圆5、输入端口51、输出端口52、匹配口53、基片 集成波导移相网络6、辐射天线阵7、基片集成波导缝隙阵天线71、金属表面上的 缝隙72。
具体实施方式
该多波束天线为一平面电路结构，其完全由介质基片上下表面金属层及金属 化通孔构成。其包括上层金属敷铜面l、下层金属敷铜面2、介质基片3、金属化 通孔4、金属化通孔围成的圆5、输入端口51、输出端口52、匹配口53、基片集 成波导移相网络6、辐射天线阵7、基片集成波导缝隙阵天线71、金属表面上的缝 隙72;上层金属敷铜面1、下层金属敷铜面2分别位于介质基片3的正反两面， 金属化通孔4穿过介质基片3与上层金属敷铜面1、下层金属敷铜面2相连接组成 金属化通孔围成的圆5、基片集成波导移相网络6、辐射天线阵7，在金属化通孔 围成的圆5侧壁分布有输入端口 51、输出端口52、匹配口53，输出端口52与基 片集成波导移相网络6连接，基片集成波导移相网络6的另一端连接辐射天线阵7， 辐射天线阵7由多个基片集成波导缝隙阵天线71并排构成，在每一个基片集成波 导缝隙阵天线71上都设有金属表面上的缝隙72。
该多波束天线由两部分一体化组成改进型基片集成波导双圆透镜、基片集 成波导缝隙天线阵7。其中，改进型基片集成波导双圆透镜由金属化通孔围成的圆 5、基片集成波导移相网络6组成，作为波束成形网络；基片集成波导缝隙天线阵 7作为辐射单元；二者直接相连。从不同的输入端口馈电，可分别激励出相应指向 的波束。匹配口接上50欧姆的电阻，用以降低副瓣。
在中心频率30 GHz处实现基于改进型双圆透镜原理的基片集成波导多波束 天线，并测试其整体性能。基片选用Rogers Duroid 5880，其介质常数为2.2，厚 度0.508mm。该多波束天线共有15个输入端口 ，级联11根基片集成波导缝隙天 线，每根天线含有4根缝。
从S参数的测试结果可以发现，该多波束天线在中心频率30GHz时，所有端 口的反射系数均小于-13dB;从最外的输入端口激励时，在30GHz时所有的耦合 系数小于-18dB。分别从其它端口激励时，有相似的结果。分别从不同输入端口激励，在暗室中测得30 GHz时天线的E面辐射方向图分别库尤以下指标
3dB波瓣宽度:9.4°, 11°， 10.1°， 10.6°， 9.1°， 10.8°， 9.7°, 9.7°, 9.7°, 10.8°， 9.1。 10.6°， 10.1°, 11°， 9.4°。
波束指向-54°, -45°, -35°, -29°, -20o, -13°， -7°， 0°， 7°， 13。, 20°， 29°, 35°， 45°
54°。
增益17.44dBi， 17.69dBi, 18.1函，18.86dBi， 19.89dBi， 19.79dBi, 20.2dBi: 20.2dBi， 20.2dBi, 19.79犯i， 19.89dBi, 18.86dBi， 18.11dBi, 17.69dBi， 17.44dBi。
辐射效率21.6%, 22.9%, 25.2%, 30.0%, 38.0%, 37.2%, 40.8%, 40.8%, 40.8%， 37.2%, 38.0%, 30.0%, 25.2%， 22.9%， 21.6%。
权利要求1. 一种高增益低损耗基片集成波导多波束天线，其特征在于该天线包括上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)、介质基片(3)、金属化通孔(4)、金属化通孔围成的圆(5)、输入端口(51)、输出端口(52)、匹配口(53)、基片集成波导移相网络(6)、辐射天线阵(7)、基片集成波导缝隙阵天线(71)、金属表面上的缝隙(72)；上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)分别位于介质基片(3)的正反两面，金属化通孔(4)穿过介质基片(3)与上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)相连接组成金属化通孔围成的圆(5)、基片集成波导移相网络(6)、辐射天线阵(7)，在金属化通孔围成的圆(5)的侧壁上分布着输入端口(51)，输出端口(52)，匹配口(53)，输出端口(52)与基片集成波导移相网络(6)连接，基片集成波导移相网络(6)的另一端连接辐射天线阵(7)，辐射天线阵(7)由多个基片集成波导缝隙阵天线(71)并排构成，在每一个基片集成波导缝隙阵天线(71)的上表面都设有金属表面上的缝隙(72)。
2. 根据权利要求1所述的高增益低损耗基片集成波导多波束天线，其特征在 于基片集成波导移相网络(6)通过金属化通孔(4)的位置调节，形成具有不 同宽度的基片集成波导，越宽的基片集成波导其内部电磁波的传播速度越慢，从 而实现所需的相移量。
专利摘要高增益低损耗基片集成波导多波束天线可以适用于微波毫米波的波束成形网络和多波束天馈系统，由其形成的基片集成波导多波束天线可以应用于微波毫米波多波束天线和智能天线技术。该天线包括上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)、介质基片(3)、金属化通孔(4)、金属化通孔围成的圆(5)、输入端口(51)、输出端口(52)、匹配口(53)、基片集成波导移相网络(6)、辐射天线阵(7)、基片集成波导缝隙阵天线(71)、金属表面上的缝隙(72)。
文档编号H01Q13/00GK201229987SQ20082004068
公开日2009年4月29日 申请日期2008年7月18日 优先权日2008年7月18日
发明者柯 吴, 伟 洪, 程钰间, 蒯振起 申请人:东南大学