[发明专利]一种基于SIW谐振腔加载的微带贴片天线

说明书

本发明公开了一种基于SIW谐振腔加载的微带贴片天线，包括从下到上层叠设置的金属地层、介质基片、方形贴片层以及中心馈电的SMA同轴激励输入端口，所述介质基片设有金属化通孔阵列，金属化通孔阵列与方形贴片层以及金属地层共同围成一个方形基片集成波导腔体。通过加载方形基片集成波导腔体引入新的谐振点，增强了天线带宽。本发明结构简单紧凑、低剖面、易于集成、方向性良好，可被应用于各类高频段尤其是毫米波电路设计中，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于天线设计技术，特别是一基于SIW谐振腔加载的微带贴片天线。

背景技术

随着微波技术的发展,人们对于微波系统和微波器件集成化和小型化的需求越来越高，微带贴片天线因其剖面低、易集成、成本低等优点,已经得到了深入的研究和广泛的应用，是当前微波毫米波电路中最常采用的形式,然而在微波毫米波系统中,微带天线较难获得高增益和宽工作频带。现有技术中，拓宽天线带宽的方法主要有有以下几种：采用特殊材料的介质基片，附加阻抗匹配网络，增加基片厚度，采用多层介质基片以及共面寄生贴片等。

增加介质基片厚度或者降低介质基片的相对介电常数,这种方法虽然能够增加贴片天线带宽但随之而来的天线辐射效率也会大大降低；2014年，Quan Wei Lin,Hang Wong，Xiu Yin Zhang和Hau Wah Lai在IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS上发表“Printed Meandering Probe-Fed Circularly Polarized Patch Antenna WithWide Bandwidth”，提出利用蜿蜒探针馈电结构，并采用了四层介质基片获得了42.3％的阻抗匹配带宽，但是该设计的天线辐射方向图随频率变化而变化且有较高的交叉极化，交叉极化达到-15dB，结构复杂，制造成本高。

2015年，Shuo Liu，Shi-Shan Qi，Wen Wu，和Da-Gang Fang在IEEE TRANSACTIONSON ANTENNAS AND PROPAGATION上发表“Single-Feed Dual-Band Single/Dual-Beam U-Slot Antenna for Wireless Communication Application”，通过在辐射贴片上蚀刻U形槽获得了7.3％的天线带宽，但是这种方法也存在较高的交叉极化，交叉极化达到-18dB，且结构设计复杂，制造成本高。

综上所述，现有拓展微带贴片天线带宽的方法存在各种限制，结构复杂制造成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于SIW谐振腔加载的微带贴片天线。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于SIW谐振腔加载的微带贴片天线包括从下到上层叠设置的金属地层、介质基片、方形贴片层以及中心馈电的SMA同轴激励输入端口，所述介质基片上设有金属化通孔阵列，金属化通孔阵列与方形贴片层以及金属地层共同围成一个方形基片集成波导腔体，金属化通孔阵列即为方形基片集成波导腔体的四条边，方形基片集成波导腔体与方形贴片层共有一个中心点，且两者的角位移为45゜，方形基片集成波导腔体四条边中间开设有同样大小的耦合窗口。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)结构简单，低剖面：本发明结构简单紧凑，剖面仅有0.023λ₀，其中λ₀是自由空间工作波长，可在单片PCB板上实现，易于加工集成，生产成本低；2)带宽拓宽、方向性良好：本发明通过在介质基片上加载方形基片集成波导(SIW)腔体，通过SMA同轴中心馈电激励起SIW腔体的主模TE101，并与方形贴片的TM20模式互相耦合，形成了具有两个谐振点的通带，带宽可以拓展到12.78％,远高于同样尺寸大小的传统微带贴片天线，且增益能达到5.9dB,通带内增益可以保持在5dB以上，具有良好的辐射特性，此外，对于方形贴片层的低阶模式和高阶模通过采取中心馈电的方式可以有效抑制，从而又能保证带外良好的抑制。