一种基于SIW的大频率比背腔天线的制作方法

本实用新型涉及无线移动通信的技术领域，尤其是指一种基于siw的大频率比背腔天线。

背景技术：

业内习知，天线是组成无线通信设备的基本元件，在整个无线通信系统中起着发射与接收电磁波的作用。它将高频电流与电磁波进行互相转换，是一种导行波与自由空间波之间的转换器件，广泛应用于移动通信、遥感、导航、广播、雷达等各种民用和军用领域，天性性能的好坏对于整个无线系统来说至关重要。

双频或者多频天线在满足多工作频带需求的前提下，可有效节省天线所占用的空间，减小整个天线系统的尺寸，同时也利于整个无线系统的集成以及成本的降低，因而近年来一直是天线研究领域的热点之一。现有双频天线的工作频段多位于较低频的微波频段，然而随着无线通信技术以及当代毫米波技术的快速发展，仅能工作于低频频段的双频天线将无法满足未来毫米波通信的需求。因此，可同时工作于微波和毫米波频段的双频或者多频天线的研究已受到更多关注。

基片集成波导(substrateintegratedwaveguide，siw)是一种新的微波传输线。因其继承了金属波导低损耗、高功率容量的特性，又没有金属波导结构笨重、不易加工的缺点；既有微带线易于平面集成的优点，又不含微带线高频辐射大的缺点；加工方便，价格低廉，因此广泛应用于微波毫米波电路中。

据调查与了解，已经公开的现有技术如下：

2015年，彭博在在知网上发表了一篇名为“多频段天线的设计与研究”的文章中，设计的一款多枝节印刷单极子天线。其中主要枝节主要对应2.5ghz频段，左侧谐振枝节主要对应5.5ghz谐振枝节，右侧谐振枝节主要对应3.5ghz频段。

2017年，yiliu，xili，linyang，和yingliu在“ieeetransactionsonantennasandpropagation”上的发表的一篇名为“adual-polarizeddual-bandantennawithomni-directionalradiationpatterns”的文章中，提出了一种新型的双极化双波段全向天线。该天线由一个带有八个开槽的圆形贴片、八个短金属插脚和一个中央馈电同轴探针组成。利用tm01模式,八个空金属针和开槽可以分别辐射θ和φ成分。在低频段上可以产生全向圆偏振。当基本的tm02模式被激发时，在较高的波段上可以产生全向的线偏振。在两个谐振频率下均可实现全向圆偏振场和全向线性偏振场。

上述多频天线只能用于微波波段，无法同时工作于微波波段和毫米波波段，难以满足现有的通信和未来的毫米波同信的需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于siw的大频率比背腔天线，具有频带宽、低剖面、高增益、馈电结构简单的特点，可应用于毫米波和微波通信系统。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种基于siw的大频率比背腔天线，包括介质基板、第一辐射贴片、第二辐射贴片、第三辐射贴片、第四辐射贴片、第一微带馈线、第二微带馈线、同轴馈线和若干金属圆柱；所述第一辐射贴片、第二辐射贴片、第三辐射贴片、第四辐射贴片、第一微带馈线和第二微带馈线设在介质基板的上表面；所述第一微带馈线和第二微带馈线分别位于第一辐射贴片的两端，并与该第一辐射贴片相连，且所述第一微带馈线和第二微带馈线的两边均开有缝隙，用于改善馈电处的阻抗匹配；所述第一辐射贴片上开有一个空位，所述第二辐射贴片、第三辐射贴片和第四辐射贴片从第一微带馈线往第二微带馈线的方向依次排布在该空位内；所述第三辐射贴片为缝隙辐射贴片，其上开有多条条形缝隙，用于实现贴片辐射，其中间开有一个半圆形缝隙，所述同轴馈线位于该半圆形缝隙中，使得同轴馈线与第三辐射贴片之间变成耦合馈电，从而提高天线阻抗匹配；所述金属圆柱穿过介质基板分布在第三辐射贴片周围和空位四周。

进一步，所述第一辐射贴片、第二辐射贴片和第四辐射贴片均为长方形贴片，所述第三辐射贴片为正方形贴片，所述空位为长方形空位，所述金属圆柱在第三辐射贴片四周排列成正方形结构，在长方形空位四周排列成长方形结构，并且在第一微带馈线和第二微带馈线附近分别排列成半圆形结构。

进一步，所述第二辐射贴片的面积大于第三辐射贴片但小于第四辐射贴片，所述金属圆柱在第一微带馈线附近排列成的半圆形结构直径小于其在第二微带馈线附近排列成的半圆形结构。

进一步，所述第一微带馈线和第二微带馈线分别连接第一辐射贴片两短边的中间部位，所述第一辐射贴片、第二辐射贴片、第三辐射贴片和第四辐射贴片同一中心线，且该中心线经过第一辐射贴片的短边及第二辐射贴片与第四辐射贴片的长边。

进一步，所述第三辐射贴片上开有9条条形缝隙，按照3×3排列。

进一步，所述介质基板的下表面设有金属地板，所述金属地板上开有一个圆孔，通过该圆孔实现对同轴馈线进行馈电。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型能够满足29.1ghz～37ghz频率带宽内，|s11|≤-10db，即-10db阻抗带宽为23.9％，在29.1hz～37ghz工作频段内最大增益可达15.36dbi，与单独的毫米波天线相比，增益提高了1.36dbi。

2、本实用新型能够在3.3、5.2和33ghz三个频段内自由切换使用，能够满足不同电子设备的需求。

3、本实用新型将第三辐射贴片(可实现毫米波天线功能)置于第二辐射贴片和第四辐射贴片中间，该第二辐射贴片和第四辐射贴片可实现微波波段天线功能，使得微波波段天线作为毫米波天线的背腔，进而提高了毫米波天线的增益。

4、本实用新型具有高增益、低剖面结构、辐射效率高、辐射特性好、可与电路集成的特点，可同时工作于微波和毫米波频段，既能满足现在低频段的通信需求，又能满足未来毫米波通信的需求。

附图说明

图1为本实施例的基于siw的大频率比背腔天线的立体图。

图2为本实施例的基于siw的大频率比背腔天线的下表面结构示意图。

图3为本实施例的基于siw的大频率比背腔天线的上表面结构示意图。

图4为本实施例的基于siw的大频率比背腔天线的毫米波天线的|s11|的仿真结果曲线图。

图5为本实施例的基于siw的大频率比背腔天线的毫米波天线的增益曲线图。

图6为本实施例的基于siw的大频率比背腔天线的毫米波天线在33ghz时e面辐射方向图。

图7为本实施例的基于siw的大频率比背腔天线的微波天线在33ghz时h面辐射方向图。

图8为本实施例的基于siw的大频率比背腔天线的微波天线的|s11|的仿真结果曲线图。

图9为本实施例的基于siw的大频率比背腔天线的微波天线在3.3ghz时xoz面辐射方向图。

图10为本实施例的基于siw的大频率比背腔天线的微波天线在3.3ghz时yoz面辐射方向图。

图11为本实施例的基于siw的大频率比背腔天线的微波天线在5.2ghz时xoz面辐射方向图。

图12为本实施例的基于siw的大频率比背腔天线的微波天线在5.2ghz时yoz面辐射方向图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1至图3所示，本实施例所提供的基于siw的大频率比背腔天线，包括介质基板1、第一辐射贴片2、第二辐射贴片3、第三辐射贴片4、第四辐射贴片5、第一微带馈线7、第二微带馈线8、同轴馈线14和若干金属圆柱9；所述介质基板1的截面形状为矩形，其厚度为1.575mm，介电常数为2.2，损耗正切为0.0004；所述第一辐射贴片2、第二辐射贴片3、第三辐射贴片4、第四辐射贴片5、第一微带馈线7和第二微带馈线8设在介质基板1的上表面；所述第一微带馈线7和第二微带馈线8分别位于第一辐射贴片2的两端，并与该第一辐射贴片2相连，所述第一微带馈线7的两边开有缝隙10，所述第二微带馈线8的两边开有缝隙11，用于改善馈电处的阻抗匹配；所述第一辐射贴片2上开有一个空位，所述第二辐射贴片3、第三辐射贴片4和第四辐射贴片5从第一微带馈线7往第二微带馈线8的方向依次排布在该空位内；所述第三辐射贴片4为缝隙辐射贴片，其上开有9条条形缝隙，按照3×3排列，用于实现贴片辐射，其中间开有一个半圆形缝隙，所述同轴馈线14位于该半圆形缝隙中，使得同轴馈线14与第三辐射贴片4之间变成耦合馈电，从而提高天线阻抗匹配；所述金属圆柱9穿过介质基板分布在第三辐射贴片4周围和空位四周；所述介质基板1的下表面设有金属地板13，所述金属地板13上开有一个圆孔12，通过该圆孔12实现对同轴馈线14进行馈电。

所述第一辐射贴片2、第二辐射贴片3和第四辐射贴片5均为长方形贴片，所述第三辐射贴片4为正方形贴片，所述空位为长方形空位，所述金属圆柱9在第三辐射贴片4四周排列成正方形结构，在长方形空位四周排列成长方形结构，并且在第一微带馈线7和第二微带馈线8附近分别排列成半圆形结构。

所述第二辐射贴片3的面积大于第三辐射贴片4但小于第四辐射贴片5，所述金属圆柱9在第一微带馈线7附近排列成的半圆形结构直径小于其在第二微带馈线8附近排列成的半圆形结构。

所述第一微带馈线7和第二微带馈线8分别连接第一辐射贴片2两短边的中间部位，所述第一辐射贴片2、第二辐射贴片3、第三辐射贴片4和第四辐射贴片5同一中心线，且该中心线经过第一辐射贴片2的短边及第二辐射贴片3与第四辐射贴片5的长边。

本实施例上述大频率比背腔天线的各个尺寸参数都进行了优化，其毫米波天线反射系数如图4所示，从图中可以看到，在29.1ghz～37ghz频率带宽内，|s11|≤-10db，即-10db阻抗带宽为23.9％；天线的增益如图5所示，在29.1ghz～37ghz工作频段内最大增益可达15.36dbi。

本实施例上述大频率比背腔天线的反射系数如图8所示，低频段阻抗带宽为230mhz(3.21～23.44ghz)，高频段阻抗带宽为580mhz(5.03～5.61ghz)。

本实施例的基于siw的大频率比背腔天线能够在3.3、5.2和33ghz三个频段内自由切换使用，其仿真的hfss模型在33ghz时的e面辐射方向图如图6所示，在33ghz时的h面辐射方向图如图7所示，在3.3ghz时的xoz面辐射方向图如图9所示，在3.3ghz时的yoz面辐射方向图如图10所示,在5.2ghz时的xoz面辐射方向图如图11所示，在5.2ghz时的yoz面辐射方向图如图12所示。

以上所述实施例只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。