基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(dǎo)的饋電結(jié)構(gòu)，具有低損耗，小型化，低交叉極化的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天線【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線。

【背景技術(shù)】
[0002]基片集成波導(dǎo)substrate integrated waveguide-SIW的概念由加拿大蒙特利爾大學(xué)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(dǎo)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(jià)低和易集成等優(yōu)點(diǎn)?；刹▽?dǎo)是一種新的微波傳輸線形式，其利用金屬過(guò)孔在介質(zhì)基片上實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)的場(chǎng)傳播模式。它由介質(zhì)基片上下底面的金屬片和兩側(cè)由金屬化通孔代替的波導(dǎo)壁組成，可以看成是傳統(tǒng)金屬波導(dǎo)和微帶線的綜合?；刹▽?dǎo)構(gòu)成的諧振腔便于平面集成和具有較高的Q值。波導(dǎo)就常用于高頻情況，但是波導(dǎo)體積大，不易于集成。所以產(chǎn)生了一種新的觀點(diǎn):基片集成波導(dǎo)(SIW)。基片集成波導(dǎo)是介于微帶與介質(zhì)填充波導(dǎo)之間的一種傳輸線?；刹▽?dǎo)兼顧傳統(tǒng)波導(dǎo)和微帶傳輸線的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)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(dǎo)技術(shù)的發(fā)源地，國(guó)內(nèi)的東南大學(xué)在該領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究并獲得豐碩成果。南京理工大學(xué)也開(kāi)展了一些工作并獲得了一定的成果。以SIW作為平臺(tái)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(wú)法滿足系統(tǒng)小型化和集成化的要求?；谡郫B矩形波導(dǎo)的兩種思路，基片集成的折疊波導(dǎo)已經(jīng)被提出并且已經(jīng)有了一些應(yīng)用。其中1987年Zhang等用矩量法分析了有T隔板的波導(dǎo)的傳輸特性，1988年Chen等理論分析了折疊波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，用數(shù)值方法重點(diǎn)分析了波導(dǎo)內(nèi)的場(chǎng)分布情況，但是沒(méi)有指出它與原矩形波導(dǎo)之間的傳輸特性的差異。2004年Hong提出了實(shí)現(xiàn)折疊波導(dǎo)諧振腔的兩種方法，指出四分之一波長(zhǎng)諧振器的優(yōu)點(diǎn)。2005年Grigoropoulos和Young提出將折疊波導(dǎo)應(yīng)用于基片集成波導(dǎo)中，并且用它設(shè)計(jì)了帶通濾波器，同時(shí)基片集成T隔板波導(dǎo)用來(lái)設(shè)計(jì)了一個(gè)縫隙天線。2008年Che等對(duì)折疊基片集成波導(dǎo)folded substrateintegrated waveguide-FSIff的傳輸特性作了比較詳盡的理論分析，給出相關(guān)的公式，為FSIW的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和支持。折疊基片集成波導(dǎo)(Folded Substrate IntegratedWaveguide, FSIff)是由基片集成波導(dǎo)(SIW)結(jié)構(gòu)中間橫向折疊而來(lái)，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(jié)構(gòu)的限制，對(duì)妬Vivaldi天線交叉極化較高,兩者皆存在缺陷。平衡Vivaldi天線是對(duì)對(duì)妬Vivaldi天線的改進(jìn)。平衡Vivaldi天線結(jié)構(gòu)為三次結(jié)構(gòu),采用帶狀線饋電。相比于對(duì)妬Vivaldi天線,平衡Vivaldi天線是對(duì)妬Vivaldi天線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了一層金屬對(duì)稱層電路，形成了一種上下兩層關(guān)于中間金屬層對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)有效地降低了天線的交叉極化電平。對(duì)跖Vivaldi天線交叉極化差主要是由于電場(chǎng)與介質(zhì)所在平面存在傾角造成的。對(duì)于平衡Vivaldi天線，電場(chǎng)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(cè)的兩金屬層，這樣電場(chǎng)的總場(chǎng)方向平行于天線平面，進(jìn)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(jié)構(gòu)為三層，正好對(duì)應(yīng)帶狀線的三層金屬結(jié)構(gòu)。但是對(duì)于帶狀線饋電方式，存在損耗較大的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)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(kāi)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(cè)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(cè)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(kāi)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(cè)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(cè)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(kāi)槽扇形金屬板。
[0005]進(jìn)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(gòu)成折疊基片集成波導(dǎo)。
[0006]進(jìn)一步地，上述第一矩形開(kāi)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(kāi)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(kāi)槽扇形金屬板構(gòu)成平衡Vivaldi天線。
[0007]進(jìn)一步地，上述第一矩形開(kāi)槽扇形金屬板、第二矩形開(kāi)槽扇形金屬板和第三矩形開(kāi)槽扇形金屬板的邊緣都具有矩形槽。
[0008]進(jìn)一步地，上述第二矩形開(kāi)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(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線采用折疊基片集成波導(dǎo)向平衡Vivaldi開(kāi)槽天線饋電，使本發(fā)明同時(shí)具備折疊基片集成波導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)和平衡Vivaldi開(kāi)槽天線的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明使用折疊基片集成波導(dǎo)的饋電結(jié)構(gòu)，具有低損耗，小型化，低交叉極化的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線的立體結(jié)構(gòu)爆破不意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)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(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)槽扇形金屬板。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的基于折疊基片集成波導(dǎo)的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]如圖1所示，為本發(fā)明的基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線的立體結(jié)構(gòu)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(kāi)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(cè)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(cè)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(kāi)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(cè)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(cè)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(kāi)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(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)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(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)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(gòu)成折疊基片集成波導(dǎo)。上述第一矩形開(kāi)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(kāi)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(kāi)槽扇形金屬板51構(gòu)成平衡Vivaldi天線。上述第一矩形開(kāi)槽扇形金屬板11、第二矩形開(kāi)槽扇形金屬板31和第三矩形開(kāi)槽扇形金屬板51的邊緣都具有矩形槽。上述第二矩形開(kāi)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(jié)合附圖和本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明的基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線的工作原理和過(guò)程作進(jìn)一步說(shuō)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(dǎo)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(hào)能夠在各結(jié)構(gòu)之間順暢傳輸。這里的第一矩形金屬板10與第一矩形開(kāi)槽扇形金屬板11相連，第二矩形金屬板30與第二矩形開(kāi)槽扇形金屬板31相連，第三矩形金屬板50與第三矩形開(kāi)槽扇形金屬板51相連，使能量完全饋入到平衡Vivaldi開(kāi)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(kāi)槽扇形金屬板31饋入，并由該金屬板分別指向外側(cè)的第一矩形開(kāi)槽扇形金屬板11和第三矩形開(kāi)槽扇形金屬板51向外輻射。這里的第一矩形開(kāi)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(kāi)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(kāi)槽扇形金屬板51均為金屬材質(zhì)，并且第一矩形開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(hào)能夠在各結(jié)構(gòu)之間順暢傳輸。這里由第二矩形開(kāi)槽扇形金屬板31指向第一矩形開(kāi)槽扇形金屬板11的電場(chǎng)和由第二矩形開(kāi)槽扇形金屬板31指向第三矩形開(kāi)槽扇形金屬板51的電場(chǎng)的合成總電場(chǎng)方向平行于第二矩形開(kāi)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(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線的第一矩形開(kāi)槽扇形金屬板11和第二矩形開(kāi)槽扇形金屬板31和第三矩形開(kāi)槽扇形金屬板51上的矩形槽，使得第一矩形開(kāi)槽扇形金屬板11、第二矩形開(kāi)槽扇形金屬板31和第三矩形開(kāi)槽扇形金屬板51上的電流分布發(fā)生改變，進(jìn)而使得電場(chǎng)方向發(fā)生改變，通過(guò)適當(dāng)選擇矩形槽的參數(shù)，能夠使交叉極化進(jìn)一步降低。
[0018]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)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(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)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(kāi)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(cè)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(cè)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(kāi)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(cè)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(cè)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(kāi)槽扇形金屬板(51)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)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(gòu)成折疊基片集成波導(dǎo)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線，其特征在于:所述第一矩形開(kāi)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(kāi)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(kāi)槽扇形金屬板(51)構(gòu)成平衡Vivaldi 天線。
4.如權(quán)利要求1所述的基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線，其特征在于:所述第一矩形開(kāi)槽扇形金屬板(11)、第二矩形開(kāi)槽扇形金屬板(31)和第三矩形開(kāi)槽扇形金屬板(51)的邊緣都具有矩形槽。
5.如權(quán)利要求1或4所述的基于折疊基片集成波導(dǎo)饋電的平衡Vivaldi開(kāi)槽天線，其特征在于:所述第二矩形開(kāi)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(hào)】H01Q1/38GK104167608SQ201410390103
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:電子科技大學(xué)