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专利号: 2020108950775
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.应用在毫米波频段的双极化短背射天线,其特征在于由馈源结构(A)、主反射器(B)、围边结构(C)、副反射器(D)构成;

所述的馈源结构(A)包括双极化电磁偶极子天线,第一SIW腔(F1),多层空气腔;

所述的第一SIW腔(F1)由贯穿第二介质基板(S2)的若干金属柱周期性排布围成封闭结构构成,这些金属柱的下端与第二金属层(M2)接触,上端与第三金属层(M3)接触;

所述的第二介质基板(S2)的上下表面分别设有第三金属层(M3)、第二金属层(M2);第三金属层(M3)上开有一个缝隙,即第三耦合缝隙(N3);

所述的多层空气腔设置在第一SIW腔(F1)内,且不与双极化电磁偶极子天线接触;每层空气腔由贯穿第二介质基板(S2)的若干通孔周期性排布围成封闭结构构成,这些通孔的下端与第二金属层(M2)接触,上端与第三金属层(M3)不接触;

所述的主反射器(B)为位于第二介质基板(S2)与第三介质基板(S3)之间的第三金属层(M3);

所述的围边结构(C)包括第二SIW腔(F2)、第三SIW腔(F3)和第四SIW腔(F4);第二SIW腔(F2)由贯穿第三介质基板(S3)的若干金属柱周期性排布围成封闭结构构成,金属柱的下端与第三金属层(M3)接触,上端与第四金属层(M4)接触;第三SIW腔(F3)由贯穿第四介质基板(S4)的若干金属柱周期性排布围成封闭结构构成,金属柱的下端与第四金属层(M4)接触,上端与第五金属层(M5)接触;第四SIW腔(F4)由贯穿第五介质基板(S5)的若干金属柱周期性排布围成封闭结构构成,金属柱的下端与第五金属层(M5)接触,上端与第六金属层(M6)接触;同时第三介质基板(S3)的第二SIW腔(F2)内挖有通孔,且在第四金属层(M4)开有与该通孔一样尺寸的第四耦合缝隙(N4);第四介质基板(S4)的第三SIW腔(F3)内挖有通孔,且在第五金属层(M5)开有与该通孔一样尺寸的第五耦合缝隙(N5);第五介质基板(S5)的第四SIW腔(F4)内挖有通孔,且在第六金属层(M6)开有与该通孔一样尺寸的第六耦合缝隙(N6);

所述的副反射器(D)为第六金属层(M6),位于第六介质基板(S6)下表面;其相对位置不与第一SIW腔(F1)、第二SIW腔(F2)、第三SIW腔(F3)、第四SIW腔(F4)、多层空气腔重合。

2.根据权利要求1所述的应用在毫米波频段的双极化短背射天线,其特征在于馈源结构(A),主反射器(B),围边结构(C),副反射器(D)的中心在同一直线上。

3.根据权利要求2所述的应用在毫米波频段的双极化短背射天线,其特征在于第二SIW腔(F2)、第三SIW腔(F3)、第四SIW腔(F4)、第四耦合缝隙(N4)、第五耦合缝隙(N5)、第六耦合缝隙(N6)中心与辐射结构中心在同一直线上。

4.根据权利要求1或2所述的应用在毫米波频段的双极化短背射天线,其特征在于第一SIW腔(F1)的最大直径小于第二SIW腔(F2)、第三SIW腔(F3)、第四SIW腔(F4)。

5.根据权利要求1或2所述的应用在毫米波频段的双极化短背射天线,其特征在于将一对幅值相等,相位差相差180°的差分信号输入到馈源结构(A)中的SIW结构(T1),差分信号通过位于第二金属层(M2)的第一耦合缝隙(N1)、第二耦合缝隙(N2)激励馈源结构(A)的电磁偶极子进行电磁波辐射产生馈源信号;馈源结构(A)产生的馈源信号在主反射面和副反射面之间反射后满足驻波场条件,并通过副反射器(D)与第六耦合缝隙(N6)之间无金属覆盖部分的空隙进行能量向外的传输;主反射面由第二金属层(M2)、主反射器(B)和围边结构(C)决定,副反射面由副反射器(D)决定。

6.根据权利要求1或2所述的应用在毫米波频段的双极化短背射天线,其特征在于所述的双极化电磁偶极子天线包括馈电结构和辐射结构;

所述的馈电结构包括第一介质基板(S1)、分别设置在第一介质基板(S1)上下表面的第一金属层(M1)、第二金属层(M2)、以及设置在第一介质基板(S1)内的SIW结构(T1);所述的第二金属层(M2)设置在第一介质基板(S1)的上表面,第二金属层(M2)上开有第一耦合缝隙(N1)、第二耦合缝隙(N2),第一耦合缝隙(N1)与第二耦合缝隙(N2)交叉成十字型;所述的第一介质基板(S1)设有中心对称的SIW结构(T1);SIW结构(T1)中心腔体四个角附近均设有一个第一金属柱(V1),且这些第一金属柱(V1)位于腔体内部呈中心对称;

所述的SIW结构(T1)由多个金属柱构成,SIW结构(T1)、第一金属柱(V1)的下端均与第一金属层(M1)接触,上端均与第二金属层(M2)接触;

所述的辐射结构包括第二介质基板(S2)、设置在第二介质基板(S2)上表面的多个辐射贴片(P1);辐射贴片(P1)间通过十字型连接结构(P2)连接;辐射贴片(P1)位于第三耦合缝隙(N3)内,且不与第三金属层(M3)接触;

所述的第二介质基板(S2)设有若干通孔用于放置第二金属柱(V2);第二金属柱(V2)的一端与辐射贴片(P1)接触,另一端与第二金属层(M2)接触;若干第二金属柱(V2)均匀分布在辐射贴片(P1)正下方,且同一个辐射贴片(P1)相连的第二金属柱(V2)成一定角度排列,不同辐射贴片相连的第二金属柱(V2)呈中心对称。

7.根据权利要求6所述的应用在毫米波频段的双极化短背射天线,其特征在于所述的第一介质基板(S1)的相对介电常数εr为1~10.2,厚度h1为0.15λg~0.25λg,第一耦合缝隙(N1)、第二耦合缝隙(N2)的长Ls为0.5λg~0.9λg,宽Ws为0.03λg~0.1λg;SIW结构(T1)输入端宽度Wa为0.5λg~λg,中心腔体部分宽度Wb为λg~1.5λg,第一金属柱(V1)与SIW结构(T1)金属柱直径Da为0.03λg~0.08λg,金属柱间距Ga为0.1λg~0.15λg,金属柱偏离结构中心轴的距离Off为0.5λg~0.6λg,λg为第一介质基板(S1)的工作波长;

第二介质基板(S2)的相对介电常数εr为1~10.2,高度h2为0.25λg~0.35λg;矩形辐射贴片(P1)的长和宽La为0.25λg~0.45λg,两片矩形辐射贴片(P1)之间的间隔Wc为0.03λg~0.08λg;十字型连接结构(P2)的宽Wd为0.03λg~0.08λg;第二金属柱(V2)的直径Db为0.03λg~

0.08λg,同一辐射贴片上金属柱间距Gb为0.1λg~0.15λg,两相邻辐射贴片上金属柱之间的间距Lb为0.15λg~0.3λg;第一SIW腔(F1)的直径Df为3.9λg~4λg;第一空气腔(G1)的直径Dd为3.6λg~3.7λg,第二空气腔(G2)的直径Dc为3.2λg~3.3λg;第三耦合缝隙(N3)的直径De为

3.7λg~3.9λg;第一SIW腔的金属柱孔径、第一空气腔(G1)通孔孔径、第二空气腔(G2)通孔孔径皆是Dg为0.03λg~0.08λg,λg为第二介质基板(S2)的工作波长。

8.根据权利要求7所述的应用在毫米波频段的双极化短背射天线,其特征在于所述的第三介质基板(S3)的相对介电常数εr为1~10.2,高度h3为0.25λg~0.35λg;第二SIW腔(F2)的直径Di为4.8λg~4.9λg,第二SIW腔(F2)的金属柱孔径Dj为0.03λg~0.08λg;第四耦合缝隙(N4)的直径Dh为4.6λg~4.8λg,λg为第三介质基板(S3)的工作波长;

所述的第四介质基板(S4)的相对介电常数εr为1~10.2,高度h4为0.25λg~0.35λg;第三SIW腔(F3)的直径Dm为4.8λg~4.9λg,第三SIW腔(F3)的金属柱孔径Dn为0.03λg~0.08λg;第四耦合缝隙(N4)的直径Dk为4.6λg~4.8λg,λg为第四介质基板(S4)的工作波长;

所述的第五介质基板(S5)的相对介电常数εr为1~10.2,高度h5为0.05λg~0.15λg;第四SIW腔(F4)的直径Dq为4.8λg~4.9λg,第四SIW腔(F4)的金属柱孔径Dr为0.03λg~0.08λg;第六耦合缝隙(N6)的直径Dp为4.6λg~4.8λg,λg为第五介质基板(S5)的工作波长。

9.根据权利要求8所述的应用在毫米波频段的双极化短背射天线,其特征在于所述的第六介质基板(S6)的相对介电常数εr为1~10.2,高度h6为0~0.1λg;副反射器(D)的直径Ds为0.4λg~0.6λg,λg为第六介质基板(S6)的工作波长。