一种宽带半模基片集成波导背腔缝隙天线的制作方法

本发明涉及一种应用前景广泛的能够三模工作的宽带半模基片集成波导(half-modesubstrateintegratedwaveguide,hmsiw)背腔缝隙天线，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。传统的背腔天线具有高增益、低前后比等优点，但也存在体积过大、不易与平面电路集成等缺点。基片集成波导(substrateintegratedwaveguide，siw)背腔缝隙天线可以很好地实现平面化、易集成等实际需求，但也带来了带宽较窄的问题。通过加载空气介质层、增加谐振贴片及增加谐振模式等技术手段，可以实现对siw背腔缝隙天线的带宽展宽。在某些对天线体积有更高要求的应用场景下，siw背腔缝隙天线仍然存在体积过大的问题。随着现代无线通信的快速发展，对具有更小体积的背腔缝隙天线产生了很大需求。技术实现要素：发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种可以满足无线通信系统需要的、可应用与微波毫米波频段的、体积小的、易于设计和加工的、易于平面集成的宽带背腔缝隙天线。通过设计hmsiw类矩形腔、矩形缝隙及短路过孔，在不同频点激励起三种工作模式，展宽了天线的带宽。该天线具有体积小、易于平面集成、结构简单、带宽宽等优点。技术方案：一种宽带半模基片集成波导背腔缝隙天线，包括介质层、上下层金属层及连接上下金属层的金属化过孔构成的天线本体，天线本体包括金属化过孔构成的、开口于一侧的开口类矩形腔，由一个在上层金属层、沿y轴切割的矩形缝隙，及一个分布在类矩形腔开口侧附近的短路过孔。通过设计矩形缝隙的尺寸和位置，及短路过孔的尺寸和位置，在合适的频点激发四分之一te110模式、半te210奇模模式及半te210偶模模式，从而使天线在不同频点工作在三种不同的模式下，并通过调节天线的尺寸参数，合理排布这三种模式的谐振频点，从而达到展宽天线带宽的效果。天线通过50ω微带线对siw腔体馈电，在考虑天线的输入阻抗的情况下，引入了四分之一波长阻抗变换器给天线馈电。所述的馈线和天线的尺寸与天线的工作频率有关。有益效果：与现有的背腔天线相比，本发明提供的hmsiw背腔缝隙天线，具有如下优点：1)该天线采用hmsiw作为天线的背腔，在保留了传统背腔缝隙天线优点的同时，带来了体积小、平面结构、易于集成、加工简单等优点。2)该天线采用矩形缝隙和短路过孔，使天线在不同频点工作在三种模式，由此展宽了天线的总体带宽。附图说明图1为本发明天线的俯视图；图2为本发明天线谐振模式四分之一te110模的等效电路；图3为本发明天线的输入阻抗的实部及驻波比随频率变化的示意图；图4为本发明天线在9.6ghz处的方向图；图5为本发明天线在10.4ghz处的方向图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。该宽带hmsiw背腔缝隙天线由微带线馈线、hmsiw背腔、缝隙辐射单元、和金属化短路过孔构成。该天线采用单层印刷电路板(printedcircuitboard，pcb)工艺加工。图1为本发明天线的俯视图。天线包括介质层、上、下层金属层及连接上下层金属层的金属化过孔1。多个金属化过孔1构成且开口于一侧的开口类矩形腔，天线还包括在上层金属层、沿y轴切割形成的矩形缝隙2和一个分布在类矩形腔开口侧附近的短路过孔3。介质层的厚度为h，介电常数为εr。图中，白色的圆形皆为金属化过孔1，过孔直径为d。图中灰色的部分为天线的下层金属层，包括由微带线到siw腔体的馈线4及siw腔体的底层金属。从微带线到siw腔体的馈线4包括四分之一波长阻抗变换器。多个间距为p的金属化过孔1构成hmsiw的开口类矩形腔。图中白色的矩形5为天线的上层金属层，由虚线和阴影表示的矩形缝隙2切割于上层金属层，在所设计的频段作为辐射体辐射，开口在半模基片集成波导的类矩形腔的开口侧。一个金属化过孔位于hmsiw类矩形腔的开口侧的附近侧，作为短路过孔3。图1中，天线的微带线馈电给hmsiw腔的部分的尺寸由微带线的宽度wf1、wf2和wf3，及转接处的槽的宽度gm和长度lm决定。hmsiw类矩形腔的宽度为w1，长度为l1。矩形缝隙2的长度和宽度分别为ls1和ws1。hmsiw半矩形腔的左边缘过孔与矩形缝隙2的距离为l2。短路过孔3与矩形缝隙2的间距为l3，与hmsiw开口边缘的距离为s1。天线所用的siw谐振腔对应等效矩形波导谐振腔的等效宽度为：对谐振模式四分之一te110模而言，其对应的等效矩形波导谐振腔的等效长度为：siw传输时，其导纳可表示为：其中，k0表示真空中的波数，相速β可表示为：四分之一te110模的谐振频率可以通过计算由短路过孔3等效的，如图2所示的电路模型的谐振频率得出，其中，两个串联的电容-jxb可由下式给出：电感jxa可由下式给出：n在求和公式中，表示求和的序号数，即从对n＝2到n＝正无穷求和。对半te210奇模模式及半te210偶模模式，其工作频率可由下式近似给出其中，c为真空中的光速。采用电磁仿真软件对天线尺寸进行优化，得到10ghz工作的hmsiw背腔缝隙天线的尺寸参数如表1所示。各参数代表的意义已在上文说明。仿真结果如图3至图5所示。图3为本发明天线输入阻抗的实部及驻波比随频率变化的示意图；图4为本发明天线在9.6ghz处的仿真方向图；图5为本发明天线在10.4ghz处的仿真方向图。根据仿真结果，天线的-10db阻抗带宽达到了14.1％。表1参数数值(mm)参数数值(mm)l123.2l26.0l35.8ls18.85lm3.9w19.4ws11.1wf11.55wf22.25wf33.1h1.0wf13.1s12.3εr2.2当前第1页12