[发明专利]基于基片集成波导馈电的宽带缝隙耦合多层微带天线

说明书

本发明公开了一种基于基片集成波导馈电的宽带缝隙耦合多层微带天线，主要解决现有微带天线带宽窄、增益稳定性差的问题。该天线包括寄生贴片(1)、第一介质基板(2)、主辐射贴片(3)、第二介质基板(4)、上层地板(5)、馈电结构(6)和下层地板(7)；寄生贴片(1)位于第一介质基板(2)的下表面，主辐射贴片(3)位于第二介质基板(4)的上表面，上层地板(5)位于馈电结构(6)的上表面，下层地板(7)位于馈电结构(6)的下表面；上层地板(5)上蚀刻有纵向缝隙(51)，用于从馈电结构(6)耦合能量；寄生贴片(1)与主辐射贴片(3)之间设置有空气层，用于展宽天线带宽。本发明提高了工作带宽和增益稳定性，可应用于5G通信及雷达系统。

技术领域

本发明属于天线技术领域，更进一步涉及一种宽带多层微带天线，可用于5G通信及雷达系统。

背景技术

基片集成波导采用印刷电路板PCB工艺或低温共烧陶瓷LTCC工艺等，在介质基片上形成紧密排列的两列平行的金属化通孔，由于通孔间距很小，从而可以将电磁波限制在一定范围内向前传播，就可形成类似介质填充波导的平面波导结构。其具有体积小、重量轻，便于PCB工艺加工，加工成本低，易于与微波毫米波集成电路集成的优点，目前已应用在天线领域。

传统微带天线由于品质因数过高，限制了其频带的扩展，天线带宽只能达到1％-5％左右，阻抗带宽小，限制了微带天线的实际应用范围。现阶段5G通信频段向毫米波发展，要求天线具有较宽的带宽且带宽内增益稳定。因此，宽带且增益稳定的天线成为目前研究的热点。展宽天线频带主要有以下几种：增加介质的厚度；采用低介电常数的厚介质层；贴片表面开槽；附加阻抗匹配网络。这些方法虽然能够展宽天线带宽，但是可能会导致天线带宽内增益恶化，并对馈电带来一些问题。

Wael M.Abdel-Wahab发表的论文“Wide-Bandwidth 60-GHz Aperture-CoupledMicrostrip Patch Antennas(MPAs)Fed by Substrate Integrated Waveguide(SIW)”中提出了一种基片集成波导馈电的宽带缝隙耦合贴片天线，通过利用基片集成波导馈电以及缝隙耦合增加天线的带宽，但天线的相对带宽仅为24.1％，且带宽内增益不够稳定。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，根据波导缝隙耦合理论，提出基片集成波导馈电的宽带缝隙耦合多层微带天线，以进一步增加工作带宽，提高带宽内增益的稳定性。

为实现上述目的，本发明的基于基片集成波导馈电的宽带缝隙耦合多层微带天线，包括：寄生贴片1、第一介质基板2、主辐射贴片3、第二介质基板4、上层地板5、馈电结构6和下层地板7；寄生贴片1位于第一介质基板2的下表面，主辐射贴片3位于第二介质基板4的上表面，上层地板5位于馈电结构6的上表面，下层地板7位于馈电结构5的下表面，其特征在于：

所述上层地板5上蚀刻有纵向缝隙51，用于从馈电结构6耦合能量；

所述寄生贴片1与主辐射贴片3之间设置有空气层，用于展宽天线带宽。

进一步，所述馈电结构6包括信号传输通道61、匹配金属柱62和第三介质基板63，匹配金属柱62设置在第三介质基板63的内部；信号传输通道61由上下左右四个边界构成，上下边界由两排平行且贯通第三介质基板63的金属通孔构成，左侧边界设置为信号的输入端口，右侧边界由垂直的一排金属通孔组成，并设置为短路端口。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，本发明由于寄生贴片与主辐射贴片之间设置有空气层，使得天线能工作在多个谐振模式，展宽了天线带宽；

第二，本发明由于在上层地板上蚀刻有横向缝隙用于从馈电结构耦合能量给主辐射贴片，馈电结构简单，从而节约加工成本。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；