阅读说明：本技术 一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线 (Back cavity drum-shaped gap broadband antenna based on substrate integrated waveguide ) 是由 肖丙刚 王振 于 2021-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线,属于无线通信技术领域。该天线包括基片集成波导腔体和馈电结构两个主要部分,其中腔体金属表面刻蚀鼓形状缝隙,腔体内部镶嵌一组圆形金属通孔。通过采用鼓形状特殊缝隙与一组干扰通孔,该天线在基片集成波导腔体中同时激励三种腔体谐振模式实现了对天线输入阻抗带宽进行扩展,相对带宽达到22.9％,在工作频带内(8.9GHz-11.19GHz)最大增益为6.48dBi。为使得能够在平面电路结构中得到应用,该天线采用一种单层Rogers RT/Duroid 5880基底结构。改天线具有宽带、制造成本低、易与平面电路集成等特点,适用于宽带无线通信环境下。(The invention discloses a back cavity drum-shaped slot broadband antenna based on a substrate integrated waveguide, and belongs to the technical field of wireless communication. The antenna comprises two main parts, namely a substrate integrated waveguide cavity and a feed structure, wherein a drum-shaped gap is etched on the metal surface of the cavity, and a group of circular metal through holes are embedded in the cavity. By adopting the drum-shaped special gap and the group of interference through holes, the antenna simultaneously excites three cavity resonance modes in the substrate integrated waveguide cavity to realize the expansion of the input impedance bandwidth of the antenna, the relative bandwidth reaches 22.9 percent, and the maximum gain in the working frequency band (8.9GHz-11.19GHz) is 6.48 dBi. To enable application in planar circuit configurations, the antenna employs a single layer Rogers RT/Duroid 5880 substrate structure. The antenna has the characteristics of wide band, low manufacturing cost, easy integration with a planar circuit and the like, and is suitable for the wide band wireless communication environment.)

一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线。

背景技术

在通信系统的发展过程中，组件的尺寸、损耗、带宽和成本等特性对通信系统设计具有重要意义。天线在电磁波从电路到空间或反向地转换中起着至关重要的作用。背腔缝隙天线和微带天线由于各自的优点而被广泛应用于许多领域。然而，传统背腔缝隙天线体积大、成本高、微带天线功率容量低、损耗大等缺陷限制了其进一步应用。

基于基片集成波导(SIW)的背腔缝隙天线以其体积小、功率容量大、能够与平面电路集成等优点而备受青睐。背腔缝隙天线被提出，其辐射性能和增益都很好，但由于基板很薄，远小于传统背腔缝隙天线的四分之一空间波长，带宽相对较低。为了实现带宽扩展，研究者已经提出并证明了一些结构及方法。天线作为无线通信系统的关键部件，许多通信系统如卫星通信、室内通信等方面都需要天线具有宽带特性。对于基于基片集成波导的宽带背腔缝隙天线的研究具有很重要的实用价值。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是设计一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线，能够实现高带宽、辐射方向稳定，从而为无线通信系统提供更高更有效的信号传输。

为了实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线。其特征在于，包括：

用于贮存并辐射电磁能量的基片集成波导腔体。

微带线与共地共面波导结合而成的天线馈电结构。

所述的一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线，其中腔体金属表面刻蚀鼓形状缝隙，腔体内部镶嵌一组圆形金属通孔。

本发明的有益效果是：首先，相比于普通矩形辐射缝隙结构，本发明采用了鼓形缝隙结构，其特殊结构使得腔体中更宽频段的电磁波辐射入自由空间，实现天线阻抗带宽的扩展。然后，由于鼓形缝隙的长度大于二分之一波长，它可以激励起两种混合谐振模式，对天线的阻抗带宽进行进一步扩展。最后，在基片集成波导腔体内部引入一组干扰通孔，它会在不影响高阶混合谐振模式的情况下对低阶的谐振模式产生微扰，使得低阶谐振模式频率升高，并与当前工作频段产生合并，实现带宽扩展。

附图说明

图1是本发明一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线的结构示意图；

图2是本发明一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线腔体谐振模式示意图；

图3是本发明一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线输入阻抗示意图；

图4是本发明一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线增益示意图；

图5是本发明一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线详细结构参数尺寸；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

图1所示的是一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线结构图。包括：该天线包括基片集成波导腔体和馈电结构两个主要部分，其中腔体金属表面刻蚀鼓形状缝隙，腔体内部镶嵌一组圆形金属通孔。馈电结构采用50欧姆阻抗的共地共面波导，并且外接一部分微带线方便天线测试。

本发明具体实施天线的尺寸参数如图5所示。

图2所示的是一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线的腔体谐振情况，如图所示，在工作频段内腔体中激发了三种不同的谐振模式，在图2(a)表示8.9GHz处腔体模式为半TE110模，图2(b)和(c)分别为10.24GHz和11.19GHz时的两种TE120混合模式，证明了天线在工作频段内激励了三种谐振模式拓展了带宽。

图3所示的是一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线的输入阻抗情况，如图所示，该天线在8.9GHz到11.19GHz频段内S11在10dB以下，相对带宽为22.9％。

图4所示的是一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线的增益情况，如图所示，天线增益在工作频段8.9GHz到11.19GHz内增益峰值为6.48dBi。