[发明专利]基于基片集成波导的新型极化可重构天线

说明书

本发明属于微波天线技术领域，具体地说，是一种基于基片集成波导的新型极化可重构天线，包含两层金属层、一层介质层和若干金属圆柱。自上而下分别是第一层金属层、中间介质层和第二层金属层。第一层金属层为包含方形环状缝隙的金属层；第二层金属层为包含共面波导馈电结构的金属层。在第一层金属层上蚀刻4根首尾相连的矩形缝隙并额外引入4个寄生切角，通过在缝隙适当位置加载4个二极管，使天线在线极化、左旋圆极化和右旋圆极化之间灵活切换，并且由于结构的特殊性，该二极管偏置电路更加简单，因此性能更优。本发明实现了SIW背腔缝隙天线的极化可重构性能，同时保持天线在各个状态下的工作性能。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体地说，是一种基于基片集成波导的新型极化可重构天线。

背景技术

随着无线通讯需求的日益增长，频谱资源匮乏问题也逐渐突出。为了有效地提高资源的利用效率，各种可重构天线涌现出来，可重构天线可分为极化、频率、方向图可重构三种类型，它们往往通过在缝隙处添加适量的二极管、变容二极管等有源器件改变天线的辐射体或馈电网络，因其结构简单、功能丰富而被广泛使用。圆极化天线在无线电通信领域具有重要的地位，应用广泛。它可以接收任何线极化的来波，所以当圆极化天线被当作接收天线时，容错率较高，因此设计出可同时工作在圆极化与线极化状态下的天线具有重要意义。

文献“A Low-Profile Reconfigurable Cavity-Backed Slot Antenna WithFrequency, Polarization, and Radiation Pattern Agility[J]. IEEE Transactionson Antennas Propagation, 2017, PP(5):1-1.”提出了一种实现频率、极化和方向图均可重构的SIW背腔缝隙天线。该天线在SIW谐振腔上表面与下表面同时蚀刻十字形缝隙，然后在缝隙的恰当位置添加二极管，通过控制二极管的状态使天线实现频率、方向图和极化状态的可重构。该天线结构简单，但它在各种状态下的工作带宽较窄且在工作频率范围内的增益不高。

以往大量基于基片集成波导的可重构天线研究中，兼顾工作带宽与增益两个性能的设计并不多。因此研究出工作带宽和增益性能均良好的天线具有重大意义。

发明内容

为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供了一种基于基片集成波导的新型极化可重构天线，实现SIW背腔缝隙天线极化可重构的新思路，通过在在辐射表面上的恰当缝隙处加载二极管，使天线在线极化和两种圆极化之间灵活切换。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种基于基片集成波导的新型极化可重构天线，包括第一层金属层、中间介质基板、第二层金属层和若干金属圆柱；中间介质基板的上表面是第一层金属层，第一层金属层的中间具有一个与中间介质基板四周平行的方形环状缝隙，该方形环状缝隙的内部由4个寄生切角、八边形金属贴片和4个二极管组成，同时4个寄生切角和八边形金属贴片之间的间距相等，该间距和方形环状缝隙宽度一致，且该八边形金属贴片是天线的主辐射贴片，然后在每个寄生切角和主辐射贴片之间均放置1个二极管，总共放置4个二极管。而且第一层金属层是天线的辐射面；中间介质基板的下表面是第二层金属层，包含接地共面波导馈电结构；金属圆柱贯穿中间介质基板，金属圆柱的两端分别连接着第一层金属层和第二层金属层。

作为本发明的进一步优化方案，中间介质基板由Rogers 5880材料制作而成，其厚度为1.575mm，内部金属圆柱组成的SIW谐振方腔边长为30mm。

作为本发明的进一步优化方案，第一层金属层的方形环状缝隙宽度和边长根据设计指标确定，宽度在0.5-0.9mm之间，优选为0.8mm，边长在12mm-14mm之间，优选为13.5mm，4个寄生切角与八边形金属贴片之间的间距均在0.5-0.9mm之间，优选为0.8mm。

作为本发明的进一步优化方案，第二层金属层中接地共面波导的内部金属条带长在8-10mm之间，优选为9mm，宽在0.4-0.8mm之间，优选为0.5mm。