基于BST的可调谐基片集成波导缝隙天线的制作方法

本发明涉及一种天线，具体涉及一种基于bst的可调谐基片集成波导缝隙天线，属于微波技术领域。

背景技术：

近年来，数字电路、信号处理、计算机芯片制造、软件工程等技术领域取得了突飞猛进的发展，为充分地实现数字化重构功能赋予现代通信系统的高度灵活性，作为射频模块硬件核心的可重构天线技术成为研究重点。天线的重构特性能带来许多传统天线所不具备的优势，例如，可支持多个无线通信标准，可减小天线体积、降低天线的硬件成本，简化其阵列的集成度，以及缓解天线过多带来的电磁兼容问题。此外，可重构天线也可降低天线前端处理的难度，无需额外引入前端的滤波系统，因此能明显地降低辐射波的回波反馈。但目前的机械类可重构天线调谐范围窄、辐射性能不稳定，普遍存在非连续性跳跃重构的问题。

钛酸锶钡(baxsr1-xtio3，bst)薄膜在ghz频段调谐特性良好，介电损耗低，适于实现天线频率的重构。因此，如何将具有低介电损耗、高调谐率特性的bst材料与现有缝隙天线相结合，设计出一种小型化、易集成，调谐范围相对较宽且辐射性能稳定的可重构缝隙天线，就能为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于bst的可调谐基片集成波导缝隙天线，该天线结构简单、易于加工且成本较低，具有小型化、高集成化的特点，拓宽了天线的调谐范围，辐射性能更佳。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于bst的可调谐基片集成波导缝隙天线，包括介质基片以及分别设置在所述介质基片上、下表面的顶层金属层、底层金属层，所述介质基片上均匀排列设置有一排金属化通孔，所述金属化通孔呈正方形分布在所述介质基片的四周且与所述顶层金属层、介质基片及底层金属层构成基片集成波导正方形腔；所述顶层金属层上开有辐射槽，所述辐射槽内填充一bst材料膜，所述bst材料膜与所述辐射槽的形状、尺寸一一对应匹配；所述底层金属层上设有微带线，所述微带线通过共面波导转换结构与所述基片集成波导正方形腔连接。

进一步地，所述辐射槽为哑铃型槽。

进一步地，所述微带线的延长线与所述哑铃型槽在所述底层金属层上的投影相垂直。

进一步地，所述哑铃型槽的几何中心与所述基片集成波导正方形腔中心在所述顶层金属层上的投影距离为3mm。

进一步地，所述哑铃型槽长度为四分之一工作波长。

进一步地，所述bst材料膜厚度为0.03mm。

进一步地，所述微带线与所述共面波导转换结构的中心导带相连接。

进一步地，所述介质基片的介电常数为2.1，厚度为0.7mm。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的基于bst的可调谐基片集成波导缝隙天线，采用基片集成波导正方形谐振腔，结构简单，布局紧凑，降低了加工难度，降低了加工成本；更重要地，本发明通过无缝填充可重构的bst材料膜，可调谐率高，实现了基片集成波导正方形腔缝隙天线的可调谐辐射；相对于其他可重构基片集成波导天线，本发明拓宽了调谐范围的同时，稳定了天线的辐射性能，克服了机械类可重构天线非连续性跳跃重构的缺陷。

附图说明

图1是本发明中基片集成波导正方形腔的结构示意图；

图2是本发明的立体结构透视图；

图3是本发明的三维结构剖分图；

图4是本发明的俯视透视图；

图5是本发明在bst材料介电常数变化时的s参数仿真图；

图6是本发明在bst材料介电常数变化时的e面主极化图；

图7是本发明在bst材料介电常数变化时的h面主极化图；

其中：10、顶层金属层；20、介质基片；30、底层金属层；11、辐射槽；12、bst材料膜；21、基片集成波导正方形腔；22、金属化通孔；31、微带线；32、共面波导转换结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。所述实施例的示例在附图中示出，在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，旨在用于解释本发明，而不构成为对本发明的限制。

图2和图3分别为本发明的立体结构透视图和三维立体结构剖分图，由图中可知，本发明基于bst的可调谐基片集成波导缝隙天线，包括介质基片20、顶层金属层10和底层金属层30，顶层金属层10位于介质基片20的上表面，底层金属层30位于介质基片20的下表面。

如图1-4所示，介质基片20上均匀排列设置有一排金属化通孔22，金属化通孔22呈正方形分布在介质基片20的四周，并且金属化通孔22与顶层金属层10、介质基片20及底层金属层30共同构成基片集成波导正方形腔21，基片集成波导正方形腔的边长、金属化通孔的尺寸和金属化通孔之间的距离由工作频段决定。其中，介质基片采用teflon介质板，介电常数为2.1，厚度为0.7mm。

顶层金属层10上开有辐射槽11，如图2-4所示，辐射槽11为哑铃型槽，基片集成波导正方形腔内的能量通过该哑铃型槽辐射。辐射槽11内无缝填充一bst材料膜12，如图3所示，bst材料膜12与辐射槽11的形状、尺寸一一对应匹配，通过控制外置电压改变bst材料膜的介电常数从而实现天线的调谐。其中，bst材料膜12的厚度为0.03mm，哑铃型槽11的长度为四分之一工作波长。

底层金属层30上设置有一条微带线31，微带线31通过共面波导转换结构32与基片集成波导正方形腔21连接，微带线31与共面波导转换结构32的中心导带相连接，即微带线通过共面波导转换结构接入基片集成波导正方形腔，作为本发明天线的输入。图4中，微带线31的延长线与哑铃型槽11在底层金属层30上的投影相垂直。哑铃型槽11的几何中心与基片集成波导正方形腔中心在顶层金属层上的投影距离为3mm，且位于靠近微带线31的一侧。

本发明公开的上述基于bst的可调谐基片集成波导缝隙天线，由基片集成波导腔缝隙天线改进而来，通过对哑铃型辐射槽无缝填充等形状、尺寸的bst材料膜来实现工作频率的调谐。通过改变外置电压来调节bst材料膜的介电常数，从而在保持天线辐射性能基本不变的情况下实现频移的目的和功能。

图5是本发明在bst材料介电常数变化时的s参数仿真图，表征天线在bst介电常数变化时的回波损耗，由图中可知，该天线的工作频率为5.31ghz-7.17ghz，对应的bst介电常数为490-180，调谐率高达29.8％，输入端口的回波损耗大于15db。图6和图7为本发明在bst材料介电常数变化时的e面和h面主极化图，从图中可知，该天线最大增益均保持在5db以上，且方向图基本维持不变。

由上可知，本发明提供的基于bst的可调谐基片集成波导缝隙天线，采用基片集成波导正方形谐振腔，结构简单，布局紧凑，降低了加工难度，降低了加工成本；更重要地，本发明通过无缝填充可重构的bst材料膜，可调谐率高，实现了基片集成波导正方形腔缝隙天线的可调谐辐射；相对于其他可重构基片集成波导天线，本发明拓宽了调谐范围的同时，稳定了天线的辐射性能，克服了机械类可重构天线非连续性跳跃重构的缺陷。

应该注意的是，上述实施例是对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的数据或步骤。