高辐射效率的基片集成介质谐振器天线阵列的制作方法

本实用新型涉及基片集成介质谐振器天线阵列，特别是涉及高辐射效率的基片集成介质谐振器天线阵列。

背景技术：

介质谐振器天线较好地克服了表面波和导体损耗，使得其在毫米波频段得到越来越多的关注和应用，已成为一种极具竞争力的毫米波天线。同时其也表现出许多潜在的优点，例如尺寸小、重量轻、辐射效率较高、频带宽、激励简单等。介质谐振器天线可以设计成多种形状，有圆柱体、半球形、椭圆柱体、椎体、矩形柱、三角形柱、H形柱、领结形柱体等各种形状。但是，能够从市场上购买到的介质谐振器通常只有有限的尺寸和形状，设计中对于某一特定形状的介质谐振器天线，后续的加工和装配过程是必不可少的，这必然增加天线的加工成本和制造复杂度。同时，这些典型形状的介质谐振器天线也难于借助于集成工艺进行实现，进而极大的限制了天线尺寸的减小和集成化。

基片集成波导(SIW)技术为微波、毫米波电路的设计和实现提供了一种有吸引力的解决方案。其具有低剖面、低成本、易于与平面电路集成、可以方便地借助于印刷电路板(PCB)或者低温共烧陶瓷(LTCC)工艺实现等优点。最近，SIW已被成功地用于激励介质谐振器天线，并且表现出较低的馈电损耗。不过现有技术中却存在不足，比如天线阵列的尺寸还不够小，辐射效率不是很高，这些都大大限制的此类天线阵列的发展。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的高辐射效率的基片集成介质谐振器天线阵列。

技术方案：本实用新型所述的高辐射效率的基片集成介质谐振器天线阵列，包括由下往上设置的第一介质基片和第二介质基片；第一介质基片的上、下表面分别设有第一上金属层和第一下金属层，第一上金属层和第一下金属层之间设有贯穿第一介质基片的第一金属化通孔，第一上金属层的宽边设有馈电端，第一上金属层上还设有多个耦合槽，耦合槽分列于第一介质基片中心线的两侧；第二介质基片的上、下表面分别设有第二上金属层和第二下金属层，第二上金属层和第二下金属层之间设有贯穿第二介质基片的第二金属化通孔，第二金属化通孔围成多个谐振器；所述谐振器与耦合槽一一对应，每个谐振器的下方都有一个耦合槽。

进一步，所述第一金属化通孔有平行的两列，对称设置在第一介质基片中心线的两侧。

进一步，所述耦合槽的形状为矩形，其长边与第一金属化通孔平行。这样能够有效减小天线阵列的尺寸，便于实现紧凑结构。

进一步，所述每个谐振器都由内、外两圈第二金属化通孔围成。

进一步，所述内圈第二金属化通孔围成的形状为正方形。

进一步，所述馈电端包括微带线以及渐变线。

进一步，所述第一介质基片的介电常数小于第二介质基片的介电常数。

进一步，所述第一介质基片的厚度小于第二介质基片的厚度。

进一步，所述耦合槽中心线与第一介质基片中心线之间的距离为0.5mm。这样有效减小了耦合槽偏离第一介质基片中心线的距离，获得了良好的阻抗匹配以及能量耦合，减小了能量的损耗，提高了辐射效率。

有益效果：本实用新型公开了一种高辐射效率的基片集成介质谐振器天线阵列，能够有效提高天线阵列的辐射效率，减小天线阵列的尺寸，并且结构简单，适用于PCB、LTCC等平面加工工艺。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式中天线阵列的俯视图；

图2为本实用新型具体实施方式中天线阵列的立体图；

图3为本实用新型具体实施方式中天线阵列的侧视图；

图4为本实用新型具体实施方式中天线阵列的S参数仿真图；

图5为本实用新型具体实施方式中天线阵列的辐射方向图；

图5(a)为XOZ面的辐射方向图；

图5(b)为YOZ面的辐射方向图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图，对本实用新型的技术方案做进一步的介绍。

本具体实施方式公开了高辐射效率的基片集成介质谐振器天线阵列，包括由下往上设置的第一介质基片11和第二介质基片21，如图2和图3所示。第一介质基片11的上、下表面分别设有第一上金属层12和第一下金属层，如图1和图2所示，第一上金属层12和第一下金属层之间设有贯穿第一介质基片11的第一金属化通孔13，第一上金属层12的宽边设有馈电端，第一上金属层12上还设有多个耦合槽123，耦合槽123分列于第一介质基片11中心线的两侧。第二介质基片21的上、下表面分别设有第二上金属层22和第二下金属层，第二上金属层22和第二下金属层之间设有贯穿第二介质基片21的第二金属化通孔23，第二金属化通孔23围成多个谐振器。谐振器与耦合槽123一一对应，每个谐振器的下方都有一个耦合槽123。

如图1和图2所示，第一金属化通孔13有平行的两列，对称设置在第一介质基片11中心线的两侧。耦合槽123为矩形，其长边与第一金属化通孔13平行。每个谐振器都由内、外两圈第二金属化通孔23围成，其中内圈第二金属化通孔围成的形状为正方形。馈电端包括微带线121和渐变线122。

下面介绍一下本实用新型的设计理论(“基片集成波导”简称为“SIW”)：

本实用新型通过耦合槽123实现馈电SIW与谐振器之间的能量耦合，谐振器工作在模，其谐振频率f₀可由如下关系式确定：

k_x²+k_y²+k_z²＝ε_rdk₀² (4)

其中ε_rd和μ_rd分别是谐振器的介电常数和磁导率，c是真空中的光速；k_x、k_y和k_z分别表示沿x，y，z轴的波数，k₀为工作频率对应的自由空间的波数；a、b和h_d分别是介质谐振器的长度、宽度和高度，μ₀是自由空间的磁导率。

具体到本具体实施方式中，图1中天线阵列的各个尺寸参数可参见表1。

表1：天线阵列的结构参数

第一介质基片11采用厚度为0.254mm的Rogers RT5880介质基片，介电常数ε_r＝2.2,10GHz的损耗角正切tanδ＝0.0013@10GHz。第二介质基片21采用厚度为0.635mm的Rogers RT6010介质基片，介电常数ε_r＝10.2,10GHz的损耗角正切tanδ＝0.0031@10GHz。

图4和图5是通过HFSS软件对天线阵列的仿真结果。如图4所示，天线阵列的中心频率为32.6GHz，10-dB阻抗带宽约为6.2％，满足之前的设计要求，天线阵列是设计在毫米波的Ka波段。如图5(a)、(b)所示，对该线阵的辐射特性进行了仿真测量，可以看出，在3dB波束宽度内，E面和H面的交叉极化分别小于-18dB和-20dB，辐射效率约为88％。其较高的辐射效率不仅得益于介质谐振器本身，同时馈电的SIW在毫米波频段的较低损耗也为较高的辐射效率提供了保障。