基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線。包括從上到下依次層疊排列的第一金屬層、第一介質(zhì)層、第二金屬層、第二介質(zhì)層和第三金屬層；所述第一金屬層包括相連的第一矩形金屬板和第一矩形開槽扇形金屬板，所述第一介質(zhì)層包括相連的第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板，所述第二金屬層包括相連的第二矩形金屬板和第二矩形開槽扇形金屬板，所述第二介質(zhì)層包括相連的第三介質(zhì)基板和第四介質(zhì)基板，所述第三金屬層包括相連的第三矩形金屬板和第三矩形開槽扇形金屬板。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明使用折疊基片集成波導的饋電結構，具有低損耗，小型化，低交叉極化的優(yōu)點。
【專利說明】基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于天線【技術領域】，尤其涉及一種基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線。

【背景技術】
[0002]基片集成波導substrate integrated waveguide-SIW的概念由加拿大蒙特利爾大學的吳柯教授于2001年正式提出，最初的目的是為了尋找低成本、低損耗、高Q值的微波振蕩器。SIW繼承了傳統(tǒng)波導器件的高Q值和高功率容量的特性，并且具有平面電路的易于加工、造價低和易集成等優(yōu)點?；刹▽且环N新的微波傳輸線形式，其利用金屬過孔在介質(zhì)基片上實現(xiàn)波導的場傳播模式。它由介質(zhì)基片上下底面的金屬片和兩側由金屬化通孔代替的波導壁組成，可以看成是傳統(tǒng)金屬波導和微帶線的綜合?；刹▽嫵傻闹C振腔便于平面集成和具有較高的Q值。波導就常用于高頻情況，但是波導體積大，不易于集成。所以產(chǎn)生了一種新的觀點:基片集成波導(SIW)?；刹▽墙橛谖c介質(zhì)填充波導之間的一種傳輸線?；刹▽Ъ骖檪鹘y(tǒng)波導和微帶傳輸線的優(yōu)點，可實現(xiàn)高性能微波毫米波平面電路。加拿大的Poly Grames Research Center是基片集成波導技術的發(fā)源地，國內(nèi)的東南大學在該領域進行了深入研究并獲得豐碩成果。南京理工大學也開展了一些工作并獲得了一定的成果。以SIW作為平臺的微波器件如功率分配器、定向耦合器、濾波器、振蕩器等等都具備了良好的性能。但是SIW的橫向尺寸很大，無法滿足系統(tǒng)小型化和集成化的要求。基于折疊矩形波導的兩種思路，基片集成的折疊波導已經(jīng)被提出并且已經(jīng)有了一些應用。其中1987年Zhang等用矩量法分析了有T隔板的波導的傳輸特性，1988年Chen等理論分析了折疊波導的結構，用數(shù)值方法重點分析了波導內(nèi)的場分布情況，但是沒有指出它與原矩形波導之間的傳輸特性的差異。2004年Hong提出了實現(xiàn)折疊波導諧振腔的兩種方法，指出四分之一波長諧振器的優(yōu)點。2005年Grigoropoulos和Young提出將折疊波導應用于基片集成波導中，并且用它設計了帶通濾波器，同時基片集成T隔板波導用來設計了一個縫隙天線。2008年Che等對折疊基片集成波導folded substrateintegrated waveguide-FSIff的傳輸特性作了比較詳盡的理論分析，給出相關的公式，為FSIW的設計提供了理論依據(jù)和支持。折疊基片集成波導(Folded Substrate IntegratedWaveguide, FSIff)是由基片集成波導(SIW)結構中間橫向折疊而來，折疊后高度變?yōu)樵璖IW高度的兩倍，寬度為原SIW的一半左右，原先SIW的上表面折疊后經(jīng)層壓在中間形成金屬面，并與右邊的壁留出了間隔，間隔的大小就是原SIW的高度。傳統(tǒng)的Vivaldi天線的帶寬受饋電結構的限制，對妬Vivaldi天線交叉極化較高,兩者皆存在缺陷。平衡Vivaldi天線是對對妬Vivaldi天線的改進。平衡Vivaldi天線結構為三次結構,采用帶狀線饋電。相比于對妬Vivaldi天線,平衡Vivaldi天線是對妬Vivaldi天線結構的基礎上增加了一層金屬對稱層電路，形成了一種上下兩層關于中間金屬層對稱的結構。該結構有效地降低了天線的交叉極化電平。對跖Vivaldi天線交叉極化差主要是由于電場與介質(zhì)所在平面存在傾角造成的。對于平衡Vivaldi天線，電場從介質(zhì)基片中間金屬覆層饋入，由中間金屬層分別指向外側的兩金屬層，這樣電場的總場方向平行于天線平面，進而使得天線的交叉極化得到很大的改善。目前，常用的平衡Vivaldi天線的饋電方式為帶狀線饋電，平衡Vivaldi天線結構為三層，正好對應帶狀線的三層金屬結構。但是對于帶狀線饋電方式，存在損耗較大的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決以上問題，本發(fā)明提出了一種基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線。
[0004]本發(fā)明的技術方案是:一種基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線，包括從上到下依次層疊排列的第一金屬層、第一介質(zhì)層、第二金屬層、第二介質(zhì)層和第三金屬層；所述第一金屬層包括相連的第一矩形金屬板和第一矩形開槽扇形金屬板；所述第一介質(zhì)層包括相連的第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板，所述第一介質(zhì)基板兩側分別具有第一金屬化通孔陣列和第二金屬化通孔陣列，所述第二介質(zhì)基板兩側分別具有第三金屬化通孔陣列和第四金屬化通孔陣列；所述第二金屬層包括相連的第二矩形金屬板和第二矩形開槽扇形金屬板；所述第二介質(zhì)層包括相連的第三介質(zhì)基板和第四介質(zhì)基板，所述第三介質(zhì)基板兩側分別具有第五金屬化通孔陣列和第六金屬化通孔陣列，所述第四介質(zhì)基板兩側分別具有第七金屬化通孔陣列和第八金屬化通孔陣列；所述第三金屬層包括相連的第三矩形金屬板和第三矩形開槽扇形金屬板。
[0005]進一步地,上述第一矩形金屬板、第一介質(zhì)基板、第一金屬化通孔陣列、第二金屬化通孔陣列、第二矩形金屬板、第三介質(zhì)基板、第五金屬化通孔陣列、第六金屬化通孔陣列和第三矩形金屬板構成折疊基片集成波導。
[0006]進一步地，上述第一矩形開槽扇形金屬板、第二介質(zhì)基板、第三金屬化通孔陣列、第四金屬化通孔陣列、第二矩形開槽扇形金屬板、第四介質(zhì)基板、第七金屬化通孔陣列、第八金屬化通孔陣列和第三矩形開槽扇形金屬板構成平衡Vivaldi天線。
[0007]進一步地，上述第一矩形開槽扇形金屬板、第二矩形開槽扇形金屬板和第三矩形開槽扇形金屬板的邊緣都具有矩形槽。
[0008]進一步地，上述第二矩形開槽扇形金屬板具有矩形槽的一邊貼齊第三金屬化通孔陣列所在水平線。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線采用折疊基片集成波導向平衡Vivaldi開槽天線饋電，使本發(fā)明同時具備折疊基片集成波導的優(yōu)點和平衡Vivaldi開槽天線的優(yōu)點；本發(fā)明使用折疊基片集成波導的饋電結構，具有低損耗，小型化，低交叉極化的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線的立體結構爆破不意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線的俯視圖。
[0012]圖3是本發(fā)明的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線A-A方向的截面剖視圖。
[0013]其中，1、第一金屬層；10、第一矩形金屬板；11、第一矩形開槽扇形金屬板；2、第一介質(zhì)層；20、第一介質(zhì)基板；21、第二介質(zhì)基板；22、第一金屬化通孔陣列；23、第二金屬化通孔陣列；24、第三金屬化通孔陣列；25、第四金屬化通孔陣列；3、第二金屬層；30、第二矩形金屬板；31、第二矩形開槽扇形金屬板；4、第二介質(zhì)層；40、第三介質(zhì)基板；41、第四介質(zhì)基板；42、第五金屬化通孔陣列；43、第六金屬化通孔陣列；44、第七金屬化通孔陣列；45、第八金屬化通孔陣列；5、第三金屬層；50、第三矩形金屬板；51、第三矩形開槽扇形金屬板。

【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的基于折疊基片集成波導的平衡Vivaldi開槽天線作進一步說明。
[0015]如圖1所示，為本發(fā)明的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線的立體結構爆破示意圖。其包括從上到下依次層疊排列的第一金屬層1、第一介質(zhì)層2、第二金屬層3、第二介質(zhì)層4和第三金屬層5 ;所述第一金屬層I包括相連的第一矩形金屬板10和第一矩形開槽扇形金屬板11 ;所述第一介質(zhì)層2包括相連的第一介質(zhì)基板20和第二介質(zhì)基板21，所述第一介質(zhì)基板20兩側分別具有第一金屬化通孔陣列22和第二金屬化通孔陣列23，所述第二介質(zhì)基板21兩側分別具有第三金屬化通孔陣列24和第四金屬化通孔陣列25 ;所述第二金屬層3包括相連的第二矩形金屬板30和第二矩形開槽扇形金屬板31 ;所述第二介質(zhì)層4包括相連的第三介質(zhì)基板40和第四介質(zhì)基板41，所述第三介質(zhì)基板40兩側分別具有第五金屬化通孔陣列42和第六金屬化通孔陣列43，所述第四介質(zhì)基板41兩側分別具有第七金屬化通孔陣列44和第八金屬化通孔陣列45 ;所述第三金屬層5包括相連的第三矩形金屬板50和第三矩形開槽扇形金屬板51。
[0016]如圖2所示，為本發(fā)明的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線的俯視圖。如圖3所示，為本發(fā)明的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線A-A方向的截面剖視圖。上述第一矩形金屬板10、第一介質(zhì)基板20、第一金屬化通孔陣列22、第二金屬化通孔陣列23、第二矩形金屬板30、第三介質(zhì)基板40、第五金屬化通孔陣列42、第六金屬化通孔陣列43和第三矩形金屬板50構成折疊基片集成波導。上述第一矩形開槽扇形金屬板11、第二介質(zhì)基板21、第三金屬化通孔陣列24、第四金屬化通孔陣列25、第二矩形開槽扇形金屬板31、第四介質(zhì)基板41、第七金屬化通孔陣列44、第八金屬化通孔陣列45和第三矩形開槽扇形金屬板51構成平衡Vivaldi天線。上述第一矩形開槽扇形金屬板11、第二矩形開槽扇形金屬板31和第三矩形開槽扇形金屬板51的邊緣都具有矩形槽。上述第二矩形開槽扇形金屬板31具有矩形槽的一邊貼齊第三金屬化通孔陣列24所在水平線。
[0017]下面結合附圖和本發(fā)明的具體結構對本發(fā)明的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線的工作原理和過程作進一步說明。能量由第一矩形金屬板10、第一介質(zhì)基板20、第一金屬化通孔陣列22、第二金屬化通孔陣列23、第二矩形金屬板30、第三介質(zhì)基板40、第五金屬化通孔陣列42、第六金屬化通孔陣列43和第三矩形金屬板50組成的折疊基片集成波導饋入。這里的第一矩形金屬板10、第一金屬化通孔陣列22、第二金屬化通孔陣列23、第二矩形金屬板30、第五金屬化通孔陣列42、第六金屬化通孔陣列43和第三矩形金屬板50均為金屬材質(zhì)，并且第一矩形金屬板10與第一金屬化通孔陣列22和第二金屬化通孔陣列23之間、第一金屬化通孔陣列22和第二金屬化通孔陣列23與第二矩形金屬板30之間、第二矩形金屬板30與第五金屬化通孔陣列42和第六金屬化通孔陣列43之間、第五金屬化通孔陣列42和第六金屬化通孔陣列43與第三矩形金屬板50之間相互接觸良好，使信號能夠在各結構之間順暢傳輸。這里的第一矩形金屬板10與第一矩形開槽扇形金屬板11相連，第二矩形金屬板30與第二矩形開槽扇形金屬板31相連，第三矩形金屬板50與第三矩形開槽扇形金屬板51相連，使能量完全饋入到平衡Vivaldi開槽天線內(nèi)。然后能量從第一介質(zhì)層2和第二介質(zhì)層4中間的第二矩形開槽扇形金屬板31饋入，并由該金屬板分別指向外側的第一矩形開槽扇形金屬板11和第三矩形開槽扇形金屬板51向外輻射。這里的第一矩形開槽扇形金屬板11、第三金屬化通孔陣列24、第四金屬化通孔陣列25、第二矩形開槽扇形金屬板31、第七金屬化通孔陣列44、第八金屬化通孔陣列45和第三矩形開槽扇形金屬板51均為金屬材質(zhì)，并且第一矩形開槽扇形金屬板11與第四金屬化通孔陣列25之間、第二矩形開槽扇形金屬板31與第三金屬化通孔陣列24和第七金屬化通孔陣列44之間、第三矩形開槽扇形金屬板51與第八金屬化通孔陣列45之間相互接觸良好，是信號能夠在各結構之間順暢傳輸。這里由第二矩形開槽扇形金屬板31指向第一矩形開槽扇形金屬板11的電場和由第二矩形開槽扇形金屬板31指向第三矩形開槽扇形金屬板51的電場的合成總電場方向平行于第二矩形開槽扇形金屬板31所在平面，使得天線的交叉極化得到降低。本發(fā)明的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線的第一矩形開槽扇形金屬板11和第二矩形開槽扇形金屬板31和第三矩形開槽扇形金屬板51上的矩形槽，使得第一矩形開槽扇形金屬板11、第二矩形開槽扇形金屬板31和第三矩形開槽扇形金屬板51上的電流分布發(fā)生改變，進而使得電場方向發(fā)生改變，通過適當選擇矩形槽的參數(shù)，能夠使交叉極化進一步降低。
[0018]本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線，其特征在于:包括從上到下依次層疊排列的第一金屬層(I)、第一介質(zhì)層(2)、第二金屬層(3)、第二介質(zhì)層(4)和第三金屬層(5);所述第一金屬層(I)包括相連的第一矩形金屬板(10)和第一矩形開槽扇形金屬板(11);所述第一介質(zhì)層(2)包括相連的第一介質(zhì)基板(20)和第二介質(zhì)基板(21)，所述第一介質(zhì)基板(20)兩側分別具有第一金屬化通孔陣列(22)和第二金屬化通孔陣列(23)，所述第二介質(zhì)基板(21)兩側分別具有第三金屬化通孔陣列(24)和第四金屬化通孔陣列(25);所述第二金屬層(3)包括相連的第二矩形金屬板(30)和第二矩形開槽扇形金屬板(31);所述第二介質(zhì)層(4)包括相連的第三介質(zhì)基板(40)和第四介質(zhì)基板(41)，所述第三介質(zhì)基板(40)兩側分別具有第五金屬化通孔陣列(42)和第六金屬化通孔陣列(43)，所述第四介質(zhì)基板(41)兩側分別具有第七金屬化通孔陣列(44)和第八金屬化通孔陣列(45);所述第三金屬層(5)包括相連的第三矩形金屬板(50)和第三矩形開槽扇形金屬板(51)。
2.如權利要求1所述的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線，其特征在于:所述第一矩形金屬板(10)、第一介質(zhì)基板(20)、第一金屬化通孔陣列(22)、第二金屬化通孔陣列(23)、第二矩形金屬板(30)、第三介質(zhì)基板(40)、第五金屬化通孔陣列(42)、第六金屬化通孔陣列(43)和第三矩形金屬板(50)構成折疊基片集成波導。
3.如權利要求1所述的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線，其特征在于:所述第一矩形開槽扇形金屬板(11)、第二介質(zhì)基板(21)、第三金屬化通孔陣列(24)、第四金屬化通孔陣列(25)、第二矩形開槽扇形金屬板(31)、第四介質(zhì)基板(41)、第七金屬化通孔陣列(44)、第八金屬化通孔陣列(45)和第三矩形開槽扇形金屬板(51)構成平衡Vivaldi 天線。
4.如權利要求1所述的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線，其特征在于:所述第一矩形開槽扇形金屬板(11)、第二矩形開槽扇形金屬板(31)和第三矩形開槽扇形金屬板(51)的邊緣都具有矩形槽。
5.如權利要求1或4所述的基于折疊基片集成波導饋電的平衡Vivaldi開槽天線，其特征在于:所述第二矩形開槽扇形金屬板(31)具有矩形槽的一邊貼齊第三金屬化通孔陣列(24)所在水平線。
【文檔編號】H01Q1/38GK104167608SQ201410390103
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權日:2014年8月8日
【發(fā)明者】夏雷, 唐亦塵, 胡亮, 延波, 徐銳敏 申請人:電子科技大學