[发明专利]一种低剖面方向图可重构基片集成波导喇叭天线

说明书

本发明公开了一种低剖面方向图可重构的基片集成波导H型喇叭天线，主要包括三个部分：电可调馈电网络、辐射单元和直流偏置电路。本发明的方向图可重构的基片集成波导喇叭天线可以实现主波束方向在水平面0°、90°、180°和270°扫描，具有低剖面、宽带、结构简单，操作方便等特点。

技术领域

本发明涉及一种应用前景广泛的方向图可重构的基片集成波导天线，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，对低剖面、宽频带、以及易集成的天线产生迫切需求。基片集成波导由于其具有低剖面、高功率、低损耗以及可以高集成度等诸多优点，使得基于基片集成波导天线的研究已经成为当下的热点，尤其是毫米波频段的SIW天线。目前基于基片集成波导的可重构天线研究最多的是频率可重构天线，对方向图可重构天线，尤其是高频段、的方向图天线研究尤其少。一方面是因为基于SIW的电可调的馈电网络要在高频段内实现低损耗、高隔离度的目标较为困难，另一方面是很难在SIW辐射单元上加射频开关调节波束方向的方法很难实现宽带化。但是随着现在制作工艺的进步，高频PIN二极管以及MEMS的损耗可以做到非常低，使得在SIW加载射频开关成为可能。本文通过在馈电网络上加载PIN二极管可以有效解决在SIW辐射单元上加载开关实现波束调节难的问题，具有宽频带、低剖面等优点。

发明内容

发明目的：为了实现天线在水平面上0°-360°的扫描，需要设计可切换的馈电网络，并使用具有端射方向图的天线作为辐射单元。本发明采用在中心同轴馈电的四端口馈电网络的入口处插入由一排金属柱和PIN二极管构成的单刀单掷开关，来实现馈电网络的电可调，在四个馈电网络的终端连接具有端射方向图的H型喇叭天线，既能实现0°-360°度主波束方向扫描功能，还具有低剖面、宽频带以及结构简单易集成等优点。

技术方案：一种低剖面方向图可重构基片集成波导喇叭天线，包括由四个单刀单掷开关构成的四端口馈电网络、H型SIW喇叭辐射单元以及控制PIN二极管通断的直流偏置电路。

利用四个单刀单掷开关构成馈电网络的主体，控制馈电网络的四个端口入口处的单刀单掷开关可以实现主波束在0°-360°范围内的扫描，例如，关闭端口2、3和4的单刀单掷开关，打开端口1的单刀单掷开关，电磁波就沿端口1传送到终端H型喇叭辐射单元，此时辐射方向图在水平面的主波束方向与端口1平行，设为0°度。按照相同的操作，依次打开端口2、3和4的单刀单掷开关，主波束方向分别指向90°、180°和270°。

电可调的四端口SIW馈电网络包括四条呈十字型对称分布的基片集成波导、四个插入在四条基片集成波导入口处的单刀单掷开关以及位于馈电网络中心处的同轴激励探针。四条呈十字型分布的基片集成波导端口包括介质层和镀在介质层上下表面的金属层以及位于金属层两边的两排金属通孔。

单刀单掷开关包括三个与上下金属面不相连的金属柱、位于金属柱底面和顶面的正方形焊盘、为了隔离金属柱和SIW上下金属面的矩形缝隙、以及焊接在三个金属柱与上下金属面的24个PIN二极管。

H型的SIW喇叭天线辐射单元包括H型的喇叭天线、延伸的介质层和位于喇叭天线前端的对称分布在介质层上下面的三排金属块。H型喇叭天线包括介质层、上下金属层以及呈八字排列的两排金属通孔。