一种五模工作的宽带平面基片集成波导背腔缝隙天线的制作方法

本发明涉及一种采用五模工作的宽带平面基片集成波导(substrateintegratedwaveguide,siw)背腔缝隙天线，属于天线
技术领域：
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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。基于siw的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，可以实现对基于siw的背腔缝隙天线的带宽展宽。在现有的技术下，该类天线的最大带宽可达到17.5％。随着现代无线通信的快速发展，对具有更宽带宽的基于siw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，本发明采用siw技术，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、易于设计和加工、易于平面集成的宽带背腔天线。通过设计siw类矩形腔、十字型缝隙及两对不对称短路金属化通孔，在不同频点激励起五种工作模式，展宽了天线的带宽。该天线具有易于平面集成、结构简单、带宽宽等优点。技术方案：一种五模工作的宽带平面基片集成波导背腔缝隙天线，天线本体主要由介质层、介质层上下印刷的金属层及连接上下金属层、穿过介质层的多个金属化通孔构成；多个金属化通孔构成siw的类矩形腔；所述上金属层上设有两个垂直交叉的矩形缝隙构成的十字形缝隙；将天线本体的上金属层看作xoy平面，所述十字形缝隙关于x方向上的矩形缝隙对称；x方向上的矩形缝隙朝向天线馈线的一段矩形缝隙的两侧分别设有一个第一金属化通孔，且该段矩形缝隙与馈线之间的天线本体上设有一对第二金属化通孔，两对金属化通孔作为两对短路过孔，分别称为第一对短路过孔和第二对短路过孔，第二对短路过孔位于x方向上的siw腔体中轴线的两侧。所述第一对短路过孔不关于x方向上的矩形缝隙对称。所述第二对短路过孔不关于x方向上的siw腔体中轴线对称。siw的类矩形腔、十字型缝隙及两对不对称短路过孔的尺寸及位置与天线的设计工作频率有关。分别沿x方向和y方向切割的矩形缝隙构成的十字形缝隙，通过设计沿y轴切割的矩形缝隙的尺寸和位置，在不同频点激发半te110模式、te210奇模模式、te210偶模模式及te310模式；通过设计沿x方向切割的矩形缝隙的尺寸和位置，及四个不对称短路过孔的尺寸和位置，在不对其他模式的激励造成太大影响的情况下，在合适的频点激发半te120模式，从而使天线在不同频点工作在五种不同的模式下，并通过调节天线的尺寸参数，合理排布这五种模式的谐振频点，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。所述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，本发明提供的五模工作的宽带平面基片集成波导背腔缝隙天线，具有如下优点：1)该天线采用siw作为天线的背腔，在保留了传统背腔天线优点的同时，带来了平面结构、易于集成、加工简单等优点。2)该天线采用十字形缝隙和不对称短路金属化通孔，使天线在不同频点工作在五种模式，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为本发明天线的输入阻抗的实部及驻波比随频率变化的示意图；图3为本发明天线在9.6ghz处的方向图；图4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。五模工作的宽带平面基片集成波导背腔缝隙天线，该背腔缝隙天线主要由微带线馈线55、基片集成波导背腔、缝隙辐射单元、两对不对称短路过孔3和4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。天线本体包括介质层、介质层上下印刷的金属层及连接上下金属层、穿过介质层的金属化通孔1。多个金属化通孔1构成siw的类矩形腔，介质层的厚度为h，介电常数为εr。图1中，白色的圆形皆为金属化通孔，通孔直径为d。图1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5及siw腔体的底层金属。多个间距为p的金属化通孔1构成siw的类矩形腔。图1中白色的矩形为天线的上层金属层6，由虚线和阴影表示的十字形缝隙2切割于上层金属层6，在所设计的频段作为辐射体辐射。两个金属化通孔不对称分布在x方向上的矩形缝隙的两侧，作为一对短路过孔3，用以激发天线的半te120模式，另一对短路过孔4，用以激发天线的te310模式，设在该段矩形缝隙与馈线之间的天线本体上。图1中，天线的微带线馈电给siw腔的部分的尺寸由微带线的宽度wf1，及转接处的槽的宽度gm和长度lm决定。siw类矩形腔的宽度为w1，在x轴两侧的半矩形腔的宽度相同，长度不同。上侧半矩形腔的长度为l1，下侧半矩形腔的长度为(l1-l2+l3)。十字形缝隙2由x方向上的矩形缝隙和y方向上的矩形缝隙构成，其中，y方向上的矩形缝隙的长度和宽度分别为ls1和ws1，x方向上的矩形缝隙的长度和宽度分别为ls2和ws2。十字形缝隙关于x方向上的矩形缝隙对称。上侧半矩形腔的左边缘通孔与y方向上的矩形缝隙的距离为l2,下侧半矩形腔的左边缘通孔与y方向上的矩形缝隙的距离为l1。两个短路过孔3位于x方向上的矩形缝隙的两侧，在y方向上的间距为s1，x方向上的矩形缝隙上下两侧的短路过孔3与y方向上的矩形缝隙的距离分别为l5和l4，与x方向上的矩形缝隙的距离相等。两个短路过孔4位于x方向上的siw腔体中轴线的两侧，在y方向上的间距为s2，在x方向上的间距为s3，与x方向上的腔体中轴线的距离相等。两个短路过孔4中，与y方向上的矩形缝隙的距离较近的短路过孔4与y方向上的矩形缝隙的距离为l6。采用电磁仿真软件对天线尺寸进行优化，得到天线尺寸参数如表1所示。各参数代表的意义已在上文说明。测试对象为利用pcb技术实现的工作在10ghz左右的背腔缝隙天线。测试结果如图2-4所示。图2为本发明的输入阻抗的实部及驻波比随频率变化的示意图；图3为本发明在9.3ghz处的仿真和实测方向图；图4为本发明在10.2ghz处的仿真和实测方向图。根据实测，天线的-10db阻抗带宽达到了20.8％。表1参数数值(mm)参数数值(mm)l133.0l25.8l35.8l45.5l56.1ls118.9ls216.0lm3.5w119.9ws11.5ws21.5wf13.1s13.0gm1.6h1.0εr2.2p0.50d0.30l616.4s21.2s30.2当前第1页12