专利名称：微波毫米波汽车及室内通信天线的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种新型漏波天线，可以被应用到微波毫米波汽车通信或者室内通信应用。 所设计的半模基片集成波导漏波天线属于微波天线制造的领域。
背景技术：
漏波天线是一类重要的行波式天线。在毫米波频段，基于微带或共面波导的印刷漏波天 线因为自身结构的开放性，存在损耗较大以及表面波模或寄生模式等问题。新兴的基片集成 波导这种平面导波结构将电磁波封闭在内部，因而可以有效地应用于毫米波频段，具有易加 工、低成本、低损耗、易与其它平面电路集成等优点。半模基片集成波导可以在保持原有基 片集成波导性能的前提下，縮减近一半的面积。本发明提出了基于半模基片集成波导的新型漏波天线。这种漏波天线具有准全向(圆锥 形)辐射方向图，适用于包括汽车通信和室内无线通信在内的毫米波频段应用。半模基片集 成波导漏波天线具有一定的特点和优点，比如损耗低，带宽宽、结构紧凑、易于加工、易于 和平面电路集成等优点，具有很高的实用价值。发明内容技术问题本实用新型的目的是提出一种微波毫米波汽车及室内通信天线。该天线在结 构上采用了减小宽度的半模基片集成波导作为漏波天线，具有体积小、结构紧凑等特点。采 用了单层介质的结构，使得采用普通的双面PCB工艺即可加工制作此漏波天线，便于大规模 的生产。通过选取合适的介质基片厚度，采用半模基片集成波导设计的漏波天线具有准全向 方向图，适用于微波毫米波汽车通信及室内通信。技术方案本实用新型的微波毫米波汽车及室内通信天线釆用宽度减小的漏波部分的半 模基片集成波导以实现有效的漏波辐射；该天线在介质基片的底层完全覆盖下金属面，顶层 覆盖上金属面，位于正常宽度的半模基片集成波导、宽度渐变的半模基片集成波导、漏波部 分的半模基片集成波导一侧的金属化通孔连接上、下金属层；为测试方便，输入输出端为50 欧姆微带。工作在28GHz的半模基片集成波导漏波天线，采用通孔直径为0.4mm的金属化通孔3, 0. 8mm的通孔间距，0. 508mra厚的介质材料。本发明的微波毫米波汽车及室内通信天线是根据半模基片集成波导结构提出来的，可以 采用单层双面印刷电路板(PCB)工艺实现。半模基片集成波导是在在介质基片上，形成一排 紧凑的金属化通孔，当通孔间距足够小的时候，电磁波从通孔间泄露的能量非常小，可以忽 略不计。那么这排通孔可作为波导的侧壁。介质基片上下表面覆盖金属层作为波导的宽壁。半模基片集成波导的开口面，经过减小宽高比等适当的设计，可以实现有效的漏波辐射。在半模基片集成波导的两端分别设有输入端和输出端，采用微带转接方式。适当减小半 模基片集成波导的宽度，可以使天线的辐射性能得到增强。然而，天线的回波损耗比较差， 这主要是由于减小宽度的半模基片集成波导和微带不匹配造成的。因为减小后的半模基片集 成波导宽度较小，直接匹配较困难。为改善匹配，采用一定长度的半模基片集成波导，形成 宽度渐变过渡。漏波天线终端接匹配负载以吸收少量剩余能量。漏波部分长度越大，则辐射 效率越高且波束越窄。在实际设计中，需要在所要求的天线电性能指标和可接受的天线尺寸 之间进行折中。此外，去除一定的介质和金属地同样有利于天线辐射的效率。需要保证天线 宽度，使其具有一定的机械强度。有益效果实用新型的微波毫米波汽车及室内通信天线有以下几个优点 1:)半模基片集成波导可以在保持原有基片集成波导性能的前提下，縮减近一半的面积。 而半模基片集成波导漏波天线由于减小了宽高比，进一步压縮了天线的面积，具有十分紧凑 的结构，利于和其它平面电路的高度集成。2:)这种半模基片集成波导漏波天线是在一块单层介质基片上通过金属化通孔连接双层 金属表面而形成的新型平面导波结构。在PCB工艺里面对应的仅仅是单层板工艺，相对于多 层PCB,制造成本低，同时便于大规模生产。3:)这种半模基片集成波导漏波天线具有较低的损耗。这是由于这种漏波天线基于的半 模基片集成波导结构所具有的优良特性，所以与微带电路相比，它的Q值比较高，损耗比较 低。4:)这种半模基片集成波导漏波天线具有准全向辐射特性，有利于汽车或移动终端的信 号一致接收。因此，这种半模基片集成波导漏波天线适用于毫米波汽车通信或室内无线通信。 此外，半模基片集成波导漏波天线还具有较宽的带宽，寄生干扰比较小。
图1是微波毫米波汽车及室内通信天线示意图，图2是微波毫米波汽车及室内通信天线的顶层结构参数标记图，底层金属面全是金属， 没有画出。图3是微波毫米波汽车及室内通信天线的仿真和测试的S参数结果。图4是微波毫米波汽车及室内通信天线的仿真3D方向图。图5是微波毫米波汽车及室内通信天线的汽车通信应用示意图。图6是微波毫米波汽车及室内通信天线26. 5GHz H面方向图。图7是微波毫米波汽车及室内通信天线26.5GHz E面方向图。图8是微波毫米波汽车及室内通信天线28GHz H面方向图。'图9是微波毫米波汽车及室内通信天线28GHz E面方向图。以上的图中有介质基片l,上金属面2，金属化通孔3，下金属面4， 50欧姆微带5， 微带-半模基片集成波导转接6，正常宽度的半模基片集成波导7，宽度渐变的半模基片集成 波导8，漏波部分的半模基片集成波导9，去除的部分介质IO。本实用新型的实施方式如下采用宽度减小的漏波部分的半模基片集成波导9以实现有 效的漏波辐射；该天线在介质基片1的底层完全覆盖下金属面4，顶层覆盖上金属面2，位于 正常宽度的半模基片集成波导7、宽度渐变的半模基片集成波导8、漏波部分的半模基片集成 波导9一侧的金属化通孔3连接上、下金属层；为测试方便，输入输出端为50欧姆微带5。 对于一个选定的工作频率，根据介质基片的介电常数和损耗角正切等关键指标选定材料及其 厚度。合理选择半模基片集成波导宽度避免波导的截止特性对工作频段内的器件性能产生不良影响，并保证波导在工作频段内主模工作。根据工作频段等选择合适的金属化通孔直径 和通孔间距，使得半模基片集成波导通孔侧壁泄露损耗可以忽略不计，同时满足加工要求。从测试的角度出发，微带输出端应呈现出50欧姆阻抗，以此为标准求出对应的微带线宽度。 优化设计微带-半模基片集成波导锥形过渡段的宽度及长度，使半模基片集成波导与50欧姆 微带匹配。适当减小半模基片集成波导的宽度，可以使天线的辐射性能得到增强。漏波辐射段半模 基片集成波导的宽度的选择既要在工作频率实现有效漏波又要避免宽度过小进入截止区。减 小后的半模基片集成波导宽度较小，直接匹配较困难。为改善匹配，采用一定长度的宽度渐 变的半模基片集成波导，以实现正常宽度和漏波部分的半模基片集成波导之间的良好匹配。 漏波部分长度主要影响天线的半功率波束宽度，漏波效率和天线副瓣。漏波部分长度越大， 则辐射效率越高且波束越窄。在实际设计中，需要在所要求的天线电性能指标和可接受的天 线尺寸之间进行折中。另一方面，开口面一边的介质也对电磁波有一定程度的束缚，而金属地则会明显的影响远场方向图。此外，去除一定的介质和金属地同样有利:p天线辐射的效率。然而，需要保证天线宽度，使其具有一定的机械强度。通过上述实施步骤，设计了一个工作在28GHz的半模基片集成波导漏波天线的实物。在 漏波天线实验验证中，^取为100mm，既达到了较好的天线性能，又保持其结构紧凑的优点。 所釆用的介质材料厚度为0. 508ram，介电常数为2. 2。半模基片集成波导漏波天线结构参数(单位mm)0.46.00.84.2%。1. 542. 110厶1002. 权利要求1.一种微波毫米波汽车及室内通信天线，其特征在于采用宽度减小的漏波部分的半模基片集成波导(9)以实现有效的漏波辐射；该天线在介质基片(1)的底层完全覆盖下金属面(4)，顶层覆盖上金属面(2)，位于正常宽度的半模基片集成波导(7)、宽度渐变的半模基片集成波导(8)、漏波部分的半模基片集成波导(9)一侧的金属化通孔(3)连接上、下金属层；为测试方便，输入输出端为50欧姆微带(5)。
2. 根据权利要求l所述的微波毫米波汽车及室内通信天线，其特征在于，工作在28GHz 的半模基片集成波导漏波天线，采用通孔直径为0. 4mm的金属化通孔(3), 0. 8ran的通孔间距， 0. 508mm厚的介质材料。
专利摘要微波毫米波汽车及室内通信天线采用双面单层PCB工艺，利用上下金属表面和一侧金属化通孔阵列来实现对电磁波的封闭，而在开口面实现有效漏波辐射。半模基片集成波导漏波天线采用宽度减小的漏波部分的半模基片集成波导(9)以实现有效的漏波辐射；该天线在介质基片(1)的底层完全覆盖下金属面(4)，顶层覆盖上金属面(2)，位于正常宽度的半模基片集成波导(7)、宽度渐变的半模基片集成波导(8)、漏波部分的半模基片集成波导(9)一侧的金属化通孔(3)连接上、下金属层；为测试方便，输入输出端为50欧姆微带(5)。
文档编号H01Q13/26GK201383548SQ200920039530
公开日2010年1月13日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者徐俊峰, 汤红军, 伟 洪, 蒯振起 申请人:东南大学