[发明专利]一种宽带半模基片集成波导背腔缝隙天线

说明书

本发明公开了一种宽带半模基片集成波导背腔缝隙天线，天线主要由半模基片集成波导背腔、开口在半模基片集成波导背腔的边缘处的矩形辐射缝隙及单个短路过孔构成。本发明的天线在所工作的频段具有体积小、结构简单、低剖面、易加工和带宽宽等优点。

技术领域

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-mode Substrate Integrated Waveguide,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(Substrate Integrated Waveguide，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。

发明内容

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