漏波天线及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种漏波天线及电子设备。


背景技术：

2.天线是通信系统最重要组成部份之一。现行的5g移动通信标准里包含sub-6g和毫米波频段，它们通常使用mimo多天线系统或者天线阵列来实现高增益、窄波束和高通信容量。
3.漏波天线因其宽带宽、设计简单、加工便捷以及扫描角度随频率变化等优点被广泛研究。根据天线的可扫描角度范围，漏波天线可以分为均一漏波天线和周期性漏波天线，其对应的漏波产生分别依靠激励传输馈线的快波高次模和在传输馈线上周期性地加载不连续调制来实现。
4.平面式漏波天线因其低剖面和易于与系统集成的特点被广泛研究和应用，最常用的结构为基于传输线(一般使用微带线)的周期性漏波天线，它作为一种行波天线，电磁波在传播的过程中同时进行辐射。然而，由于微带线的信号线与地线不共面，限制了漏波天线与微波电路的集成应用，不利于集成度提升，且结构复杂，加工成本高。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种漏波天线及电子设备，有利于提高系统集成度。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种漏波天线，包括介质基板、共面波导以及至少两个的调制单元，所述介质基板包括相对的第一面和第二面，所述共面波导包括第一地线、第二地线以及设于所述第一地线和第二地线之间的信号线；所述共面波导和至少两个的调制单元设置于所述介质基板的第一面上，所述至少两个的调制单元位于所述信号线与第一地线之间，且靠近所述信号线；所述至少两个的调制单元呈周期性分布。
7.进一步地，所述调制单元为金属贴片；所述金属贴片的形状为半椭圆形，所述金属贴片的长轴贴合所述信号线，长轴的长度为15mm。
8.进一步地，所述调制单元的数量为8个，相邻的两个调制单元的中心点之间的距离为25mm。
9.进一步地，所述调制单元与所述第一地线之间的距离为1.5mm。
10.进一步地，所述共面波导的长度为240mm；所述第一地线和第二地线的宽度均为30mm，所述信号线的宽度为12mm；所述信号线与第一地线和第二地线之间的距离均为3mm。
11.进一步地，所述介质基板的介电常数为3，损耗角正切为0.001，厚度为1.52mm。
12.进一步地，还包括金属单元，所述金属单元设置于所述介质基板的第二面上；所述第一地线、第二地线和信号线在所述介质基板上的投影分别与所述金属单元在所述介质基板上的投影相交且垂直。
13.进一步地，所述金属单元的数量为至少两个，所述至少两个的金属单元呈周期性分布。
14.进一步地，所述金属单元为金属栅条，所述金属单元的数量为40个，各金属单元的长度均为78mm，宽度均为3mm；相邻的两个金属单元之间的距离为3mm。
15.本实用新型还提出一种电子设备，包括如上所述的漏波天线。
16.本实用新型的有益效果在于：传输线采用共面结构设计的平面共面波导，有利于提高集成度；通过设置周期性分布的调制单元，可激发平面共面波导的快波模式(即辐射模式)，使其在传输过程中周期性地将能量辐射出去，形成漏波天线。本实用新型可提高天线系统集成度，且结构简单，可有效降低加工难度和成本。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例一的漏波天线的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例一的漏波天线的侧面示意图；
19.图3为本实用新型实施例一的漏波天线的扫描方向图；
20.图4为本实用新型实施例二的漏波天线的结构示意图；
21.图5为本实用新型实施例二的漏波天线的侧面示意图；
22.图6为本实用新型实施例二的漏波天线的扫描方向图。
23.标号说明：
24.1、介质基板；2、共面波导；3、调制单元；4、金属单元；
25.21、第一地线；22、第二地线；23、信号线。
具体实施方式
26.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
27.请参阅图1，一种漏波天线，包括介质基板、共面波导以及至少两个的调制单元，所述介质基板包括相对的第一面和第二面，所述共面波导包括第一地线、第二地线以及设于所述第一地线和第二地线之间的信号线；所述共面波导和至少两个的调制单元设置于所述介质基板的第一面上，所述至少两个的调制单元位于所述信号线与第一地线之间，且靠近所述信号线；所述至少两个的调制单元呈周期性分布。
28.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：有利于提高天线系统集成度，且结构简单，可有效降低加工难度和成本。
29.进一步地，所述调制单元为金属贴片；所述金属贴片的形状为半椭圆形，所述金属贴片的长轴贴合所述信号线，长轴的长度为15mm。
30.进一步地，所述调制单元的数量为8个，相邻的两个调制单元的中心点之间的距离为25mm。
31.由上述描述可知，通过调节调制单元的个数和周期，可调节天线增益。
32.进一步地，所述调制单元与所述第一地线之间的距离为1.5mm。
33.进一步地，所述共面波导的长度为240mm；所述第一地线和第二地线的宽度均为30mm，所述信号线的宽度为12mm；所述信号线与第一地线和第二地线之间的距离均为3mm。
34.由上述描述可知，共面波导以及调制单元的周期和频率可共同确定漏波天线的扫描角度，因此通过调节共面波导和调制单元的参数，可调节天线扫描角度。
35.进一步地，所述介质基板的介电常数为3，损耗角正切为0.001，厚度为1.52mm。
36.由上述描述可知，共面波导中的信号线的线宽、地线的线宽、信号线与地线的间距s以及介质基板的介电常数可共同确定共面波导的阻抗，因此通过调节上述参数，可使共面波导的阻抗为50欧姆。
37.进一步地，还包括金属单元，所述金属单元设置于所述介质基板的第二面上；所述第一地线、第二地线和信号线在所述介质基板上的投影分别与所述金属单元在所述介质基板上的投影相交且垂直。
38.由上述描述可知，通过设置金属单元，可提高等效电容值，使天线馈线的等效波数值增大，从而提高扫描速度。
39.进一步地，所述金属单元的数量为至少两个，所述至少两个的金属单元呈周期性分布。
40.由上述描述可知，通过设置周期性分布的金属单元，可进一步提高性能。
41.进一步地，所述金属单元为金属栅条，所述金属单元的数量为40个，各金属单元的长度均为78mm，宽度均为3mm；相邻的两个金属单元之间的距离为3mm。
42.本实用新型还提出一种电子设备，包括如上所述的漏波天线。
43.实施例一
44.请参照图1-3，本实用新型的实施例一为：一种基于平面共面波导cpw的漏波天线，可应用于5g阵列天线。
45.如图1所示，包括介质基板1、共面波导2以及至少两个的调制单元3，介质基板1包括相对的第一面和第二面，共面波导2包括第一地线21、第二地线22以及设于第一地线21和第二地线22之间的信号线23，第一地线21、第二地线22和信号线23平行；共面波导2和至少两个的调制单元3设置于介质基板1的第一面上，至少两个的调制单元3位于信号线23与第一地线21之间，且靠近信号线23，即各调制单元3位于信号线23的同一侧；至少两个的调制单元3呈周期性分布。
46.本实施例中，漏波天线的辐射主体由位于介质基板表面的平面共面波导和周期性分布在平面共面波导信号线一侧的调制单元构成。平面共面波导的基模为慢波模式，为传输模式而不是辐射模式。这些周期性分布的调制单元(或不连续干扰单元)用于激发平面共面波导的快波模式(即辐射模式)，使其在传输过程中周期性地将能量辐射出去，形成漏波天线。
47.本实施例中，调制单元3为半椭圆形的金属贴片，半椭圆形的金属贴片的长轴贴合信号线，每个金属贴片的尺寸均相同。在其他实施例中，可选用其他同等作用的贴片结构。
48.漏波天线具有频率扫描特性，即主波束扫描角度随着频率变化而变化。周期性漏波天线的扫描角度可以表达为第一公式：θ(f)＝arcsin(β0/k
0-c0/fp)，其中，k0为空气中波数，β0为调制前馈线的波数，c0为光速，p为调制单元的周期长度，f为扫描频率。由第一公式可知，漏波天线主波束扫描角度随着频率变化而变化。
49.采用平面共面波导cpw作为金属贴片的激励，共面波导中的信号线的线宽w，地线的线宽g，信号线与地线的间距s以及介质基板的介电常数共同确定cpw的阻抗，即50欧姆。
第一公式中的β0为面共面波导的特性参数，扫描角度由平面共面波导、调制单元周期和频率共同确定。天线增益可以通过控制调制单元的周期和个数来调节。
50.本实施例中，共面波导2的长度为240mm，即第一地线21、第二地线22和信号线23的长度均为240mm；第一地线21和第二地线22的宽度g均为30mm，信号线23的宽度w为12mm；信号线23与第一地线21和第二地线22之间的距离s均为3mm。金属贴片的数量为8个，每个金属贴片的长轴长度a均为15mm，相邻的两个金属贴片的中心点(或短轴)之间的距离p为25mm。每个金属贴片与第一地线21之间的距离d均为1.5mm。
51.本实施例选用的介质基板1的型号为rogers ro3003，介电常数为3，损耗角正切为0.001，厚度1.52mm。在其他实施例中，介质基板也可选用其他同等类型的介质基板。
52.进一步地，本实施例中的共面波导2可通过在介质基板1上覆金属层得到，如图2所示。
53.图3为本实施例的基于平面共面波导的漏波天线的扫描方向图，从图中可以看出，该天线表现扫描角度随频率变化的特性。
54.本实施例通过使用平面共面波导来作为传输线，因其共面结构的设计，更有利于与微波系统实现平面集成，提高系统集成度，便于在5g阵列天线中使用；通过设置周期性分布的调制单元，可激发平面共面波导的辐射模式，使其在传输过程中周期性地将能量辐射出去，形成漏波天线；同时，本实施例的结构简单，可有效降低加工难度和成本。
55.实施例二
56.请参照图4-6，本实施例是实施例一的进一步拓展。
57.实施例一中，虽然传输线使用平面共面波导，有利于提高系统集成度，但是基于平面共面波导的漏波天线的扫描角度随频率变化的速度较慢，限制了在需求天线快速扫描的场景应用。
58.本实施例与实施例一的相同之处不再累述，区别在于，如图4所示，还包括金属单元4，金属单元4设置于介质基板1的第二面上；共面波导2中的第一地线21、第二地线22和信号线23在介质基板1上的投影分别与金属单元4在介质基板1上的投影相交且垂直，从而可激励平面共面波导的慢波模式，以实现漏波。
59.本实施例中，金属单元4呈条状，即金属单元4为金属栅条。
60.当未设置金属栅条时，电容只来自于信号线与地线之间的耦合。而通过在介质基板的另一面上设置金属栅条，可额外增加信号线与金属栅条间的电容，即信号线与金属栅条之间产生了额外的电容，从而提高了等效电容值，即提高了等效介电常数εr，而εr与第一公式中的β0正相关，因此，通过设置金属单元，使天线馈线的等效波数值增大，从而提高扫描速度。
61.进一步地，金属单元4的数量为至少两个，呈周期性分布，可进一步提高性能。本实施例中，金属栅条的数量为40个，每个金属栅条的长度均为78mm，宽度均为3mm；相邻的两个金属栅条之间的距离为3mm。
62.进一步地，本实施例中的共面波导2和金属单元4可通过在介质基板1上覆金属层得到，如图5所示。
63.图6为本实施例的基于平面共面波导的漏波天线的扫描方向图，通过对比图3和图6可以看出，增加金属单元后，天线的扫描角度从2度/100mhz提升至10度/100mhz。
64.本实施例相比实施例一，具有更快的扫描速度，且结构简单，无需额外添加器件和电路，具有成本优势。
65.综上所述，本实用新型提供的一种漏波天线及电子设备，通过使用平面共面波导来作为传输线，因其共面结构的设计，更有利于与微波系统实现平面集成，提高系统集成度，便于在5g阵列天线中使用；通过设置周期性分布的调制单元，可激发平面共面波导的辐射模式，使其在传输过程中周期性地将能量辐射出去，形成漏波天线；通过调节共面波导和调制单元的参数，可调节天线扫描角度；通过调节调制单元的个数和周期，可调节天线增益；通过设置金属单元，可提高等效电容值，使天线馈线的等效波数值增大，从而提高扫描速度；通过使多个金属单元周期性分布，可进一步提高性能；同时，结构简单，可有效降低加工难度和成本。
66.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。