基于基片集成波导的可调控缝隙阵列天线的制作方法

1.本实用新型涉及电磁微波技术领域，具体涉及一种基于基片集成波导的可调控缝隙阵列天线。


背景技术：

2.天线作为无线通信系统中的重要组成部分，其主要的功能在于对无线信号的发射和接收。随着现代无线通信技术的快速发展，对天线自身的性能要求越来越高，具体体现在对天线波束指向性要求越来愈高，如实现波束扫描能力。
3.在现有技术当中，最常见的阵列天线当属相控阵天线。相控阵天线虽然具备波束扫描控制能力，但是需要复杂的馈电网络，数量繁多的移相器，阵元间的间距一般也须有二分之一波长，因此相控阵天线整体的尺寸很大，结构复杂，制造成本也很高。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的提供一种基于基片集成波导的可调控缝隙阵列天线，解决传统阵列天线体积大、成本高和波束方向控制复杂的问题，在保证天线性能稳定的前提下，大大的减小天线的面积，大大的降低天线的成本。
5.根据本实用新型的一个方面，提供一种基于基片集成波导的可调控缝隙阵列天线，包括上层介质基板和下层介质基板，所述上层介质基板上下表面分别覆有第一金属板和第二金属板；所述上层介质基板上设置有成排金属孔可构成基片集成波导结构；所述上层介质基板上设置有sma连接器、基片集成波导功分器和缝隙阵列，所述基片集成波导功分器通过单端口馈入分路到所述缝隙阵列，然后合路到另一端口从而构成行波天线；所述缝隙阵列的每个缝隙单元设置有矩形金属片，所述矩形金属片和所述第一金属板上焊接有 pin二极管，所述pin二极管在所述矩形金属片和所述基片集成波导功分器上对称放置。
6.在某些实施方式中，所述上层介质基板上设置有微带匹配线用于匹配所述sma连接器和所述基片集成波导功分器。
7.在某些实施方式中，所述基片集成波导功分器上设置有对称通孔来调节性能。
8.在某些实施方式中，所述每个缝隙单元偏离所述基片集成波导功分器中心轴线呈交替排列。
9.在某些实施方式中，所述矩形金属片中心处设置有穿过上下两层介质基板的金属化通孔，所述上层介质基板下表面留有圆形缝隙避免直流控制时产生短路，所述圆形缝隙的圆心位置与所述矩形金属片上的所述金属化通孔圆心位置相同。
10.在某些实施方式中，所述下层介质基板下表面设置有直流偏执网络，所述直流偏执网络上设置有扇形结构。由此，可以防止对天线的干扰。
11.在某些实施方式中，所述金属化通孔与所述直流偏执网络相连。
12.在某些实施方式中，通过所述直流偏执网络可提供直流偏置电压控制 pin二极管，继而可实现对波束的控制。
13.在某些实施方式中，所述基片集成波导功分器可通过威尔金斯功分器代替。
14.在某些实施方式中，所述上层介质基板上表面还设置有对称金属条，所述下层介质基板下表面的两端设置有矩形金属条，所述对称金属条和所述矩形金属条上设置有穿越两层介质基板的穿孔，所述矩形金属条可通过所述穿孔直接连接所述第一金属板，使得上下两层介质基板无缝贴合。由此，可以简化天线的制作工艺，通过矩形金属条保证天线能够良好接地，使天线整体结构紧凑稳定。
15.有益效果：
16.本实用新型提供的一种基于基片集成波导的可调控缝隙阵列天线，通过单端口经由基片集成波导功分器馈入缝隙阵列，有效的降低了阵元间的耦合度，同时在缝隙间置开关二极管，通过直流偏置电压控制二极管的开关控制天线的波束方向，对比传统天线控制波束方向的方法，大大的减小了天线的尺寸，大大的降低了阵列天线的制作成本，使天线整体结构紧凑稳定；在去除移相器的情况下，天线波束方向的自由度反而并未降低，并且随着阵元数目的增加，天线波束控制的排列组合成指数级增长。
附图说明
17.图1为本实用新型基于基片集成波导的可调控缝隙阵列天线的整体结构示意图；
18.图2为基片集成波导功分器结构示意图；
19.图3为缝隙阵列结构效果示意图；
20.图4为每个缝隙单元结构效果示意图；
21.图5为pin二极管位置示意图；
22.图6为上层介质基板顶视图；
23.图7为上层介质基板底视图；
24.图8为下层介质基板顶视图；
25.图9为下层介质基板底视图。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
27.如图1所示为本实用新型基于基片集成波导的可调控缝隙阵列天线的整体结构示意图，包括上层介质基板1和下层介质基板2，上层介质基板1上设置有sma连接器7、基片集成波导功分器8和缝隙阵列10组成天线的主体结构，上层介质基板1上还设置有微带匹配线6用于匹配sma连接器7和基片集成波导功分器8；基片集成波导功分器8通过单端口馈入分路到缝隙阵列10，然后合路到另一端口从而构成行波天线。
28.在一些实施方式中，基片集成波导功分器8可通过威尔金斯功分器代替。
29.如图2所示为基片集成波导功分器8的结构示意图，上层介质基板1上设置有成排金属孔5可构成基片集成波导结构。sma连接器7的头部馈入微带匹配线6后进入一分为八的
基片集成波导功分器8结构中，基片集成波导功分器8上设置有对称通孔9来调节基片集成波导功分器8自身的性能；上层介质基板1上表面设置有对称金属条18，对称金属条18上设置有穿越两层介质板的成排的穿孔20。
30.如图8、9所示分别为下层介质基板2的顶视图和底视图，下层介质基板2下表面的两端设置有矩形金属条19。穿孔20穿过矩形金属条19，可以使得上下两层介质基板无缝对接，简化了天线的制作工艺，通过矩形金属条 19实现天线良好接地，使天线整体结构紧凑稳定。
31.如图3所示为缝隙阵列10的结构效果示意图，缝隙单元11呈4
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8阵列分部。
32.如图4所示为每个缝隙单元11的结构效果示意图，每个缝隙单元11内设置有矩形金属片12，矩形金属片12的两侧焊接有pin二极管13，pin二极管13的连接位置如图5所示。矩形金属片12中心处设置有穿过上下两层介质基板的金属化通孔14，下层介质基板2下表面设置有直流偏执网络15，金属化通孔14与直流偏执网络15相连，通过直流偏执网络15提供的直流偏置电压控制pin二极管13的开关继而控制天线的波束方向；直流偏执网络 15上设置有扇形结构16可以防止对天线的干扰，上层介质基板1下表面留有圆形缝隙17，避免直流控制时产生短路，圆形缝隙17的圆心位置与矩形金属片上的金属化通孔14圆心位置相同。
33.如图6、7所示为上层介质基板1的顶视图和底视图，上层介质基板1 上下表面分别覆有第一金属板3和第二金属板4。金属化通孔14可直接连接至第一金属板3。
34.需要说明的是，本实例中上下两层介质基板采用rogers4350b板材，相对介电常数为3.6，面积为276.8mm
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145mm，上下两层介质基板的厚度都为0.762mm，通过黏贴剂无缝黏贴。天线的工作频率为5.8ghz，缝隙阵列中的每个缝隙单元的长度为0.36个自由空间波长，缝隙阵列每个单元沿水平方向的间距为0.5波长，沿垂直方向的间距为基片集成波导的波导等效宽度，缝隙阵列的单元数为4
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8。缝隙阵列10的每个缝隙单元11中间的矩形金属片12上集成两个pin二极管13，通过控制pin二极管13的开断状态来控制缝隙单元11的辐射状态，pin二极管13断开时天线的辐射效率达60％，pin 二极管13开启时天线辐射效率趋近于0，单元控制效果明显。