基于SIW技术的低剖面CTS天线馈电线源制造技术

技术编号:17782683 阅读:85 留言:0更新日期:2018-04-22 13:04
本发明专利技术提出了一种基于SIW技术的低剖面CTS天线馈电线源,包括上金属覆层面、介质基片和下金属覆层面;介质板层中设置有四组金属化过孔,与金属覆层面构成H面扇形喇叭初级馈源、偏置抛物反射面和SIW矩形平板波导;介质基片上下边缘设置有锯齿状扼流槽,用于减小介质板边缘效应,改善线源性能;由H面扇形喇叭初级馈源产生的柱面波经由偏置抛物反射面反射形成准平面波,沿SIW矩形平板波导输出。本发明专利技术具有结构尺寸小、剖面低、易于加工且线源输出口径场平稳的优点,可用于CTS天线或CTS天线功分网络的馈电。

【技术实现步骤摘要】
基于SIW技术的低剖面CTS天线馈电线源
本专利技术属于通信
,更进一步涉及天线及馈源
中的一种基于基片集成波导SIW(Substrateintegratedwaveguide)技术的低剖面连续横向枝节CTS(Continuoustransversestub)天线馈电线源。本专利技术能够将H面扇形喇叭产生的柱面波,经过偏置抛物面反射,产生并输出平面波,可用于低剖面连续横向枝节CTS天线的馈电。
技术介绍
近年来,通信技术在无线通信、超宽带通信、卫星通信等方面得到了迅猛的发展和广泛的应用。随着通信系统的不断进步,现代通信系统迫切需要低成本、低剖面、高增益、高效率、极化复用同时能够波束扫描的新型天线。波导缝隙阵列和反射面天线都具有较高的效率,但是前者工艺复杂,实现成本高,后者剖面太高。微带阵列在以上方面具有一定的优势,但是在较高频段微带阵列复杂的功率合成网络和介质的引入会带来较大的介质损耗,从而大大降低了微带阵列天线的效率,不能有效利用载体平台的面积实现高增益。连续横向枝节(Continuoustransversestub,CTS)阵列天线的出现有效的弥补了上述天线的问题,这种天线是在传输线或波导上连续开贯通的横向缝隙实现辐射,同时采用准TEM波进行馈电。CTS阵列天线具有较高的馈电效率和口径效率,可实现波束控制、双频、双极化等功能的特点。在不同类型的CTS阵列天线当中,平板CST阵列天线具有较高的功率容量,良好的定向辐射能力以及较低的剖面,具有较强的实用意义。基片集成波导(Substrateintegratedwaveguide,SIW)的出现克服了金属波导重量大、厚度大的问题,提高了设计精度、降低了研制成本并易于加工和系统集成。基片集成波导采用印刷电路板工艺或低温共烧陶瓷工艺等,在介质基片上形成紧密排列的两列平行的金属化通孔,由于通孔间距很小,从而可以将波限制在一定范围内向前传播,就可形成类似介质填充波导的平面波导结构,两排金属通孔相当于波导的窄壁,而基片上下表面金属层则相当于波导的宽壁。基片集成波导的导波特性类似于传统的波导,主模仍是TE10模,它具有体积小,重量轻,剖面低,可采用PCB加工工艺,降低了加工成本,易于与微波毫米波集成电路集成,使微波毫米波系统小型化,便于大量生产等优点。因此,可以将SIW技术应用到CTS天线的设计中。用于CTS天线馈电的线源,不仅对天线的匹配产生直接的影响,而且线源输出电磁波幅度和相位的特性对天线的辐射场增益、副瓣电平也具有决定性的影响。因此,要得到良好的天线整体性能,线源的设计至关重要。西安电子科技大学在其申请的专利文献“一种用于平面波导CTS天线馈电装置的宽频带线源”(申请号:201310409126.X,公开号:CN103441335)中提出了一种用于平面波导CTS天线馈电装置的宽频带线源。该宽频带线源采用柱面波转换平面波和反射器天线原理产生平面波,将喇叭天线至于抛物面反射器的焦点处,喇叭天线辐射的场经过凡涉及在反射器口径面处产生等幅度同相位的平面波。但是,该线源仍然存在的不足之处是,抛物反射面需要较大空间,不利于线源小型化的设计。西安电子科技大学在其申请的专利文献“基于平面介质透镜的平板波导CTS天线宽频带馈电线源”(申请号:201510475521.7,公开号:CN105140653)中提出了一种基于平面介质透镜的平板波导CTS天线宽频带馈电线源。该馈电线源是利用平面透镜将H面喇叭产生的柱面波前转换为平面波前并输出的宽带线源,所专利技术的平面透镜由多个介电常数不同的条带组成,可实现对平板波导CTS天线的馈电。采用该方法的线源具有结构尺寸小、频带宽、匹配性鞥良好的优点。但是,该线源仍然存在的不足之处是,由于使用多种介电常数的介质,对加工工艺要求较高,显著提高了加工成本,且会引入较大的介质损耗。宁波大学在其申请的专利文献“一种用于平面CTS的宽频带线源”(申请号:201610523014.0,公开号:CN106099363)中提出一种用于平面CTS天线的宽频带线源。该线源是利用等间距排列的波导口径阵列所辐射的场相叠加来形成馈电线源,具有装配简单,成本较低等优点。但是,该线源仍然存在的不足之处是,该线源结构需要功分网络对多个波导进行馈电,不仅尺寸大,而且功分网络引入较大损耗,增大了设计难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺点,提出一种基于SIW技术的低剖面CTS天线馈电线源,用于解决现有CTS天线馈电线源体积大、剖面高、不易于加工的问题。为实现上述目的,本专利技术采取的技术方案为:该线源包括上层金属覆铜面、介质基片、下层金属覆铜面三层结构以及位于该线源的上下侧边缘设置有锯齿状扼流槽;所述的上层金属覆铜面、下层金属覆铜面分别位于介质基片的两侧;穿过介质基片的第一组金属化通孔与上层金属覆铜面和下层金属覆铜面相连,形成H面扇形喇叭初级馈源;穿过介质基片的第二组金属化通孔与上层金属覆铜面和下层金属覆铜面相连,形成偏置抛物反射面;所述的偏置抛物反射面的焦点与H面扇形喇叭初级馈源的相位中心重合;穿过介质基片的第三组金属化通孔和第四组金属化通孔与上层金属覆铜面和下层金属覆铜面相连形成基片集成波导SIW矩形平板波导。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:第一,本专利技术由于采用介质基片,克服了现有技术存在的金属波导剖面高、重量大、不易于微波电路集成的缺点。使得本专利技术具有低剖面、重量轻的优点,有利于与集成电路相连接。第二,本专利技术由于采用四组金属化通孔,将H面扇形喇叭初级馈源、偏置抛物反射面和SIW矩形平板波导输出端口集成在介质基片中,克服了现有技术存在的金属波导体积大的缺点。使得本专利技术具有了尺寸小、和加工难度小的优点,有利于线源的小型化。第三,本专利技术由于在介质基片的上下边缘设置锯齿状扼流槽,克服了现有技术存在的线源匹配难度大、输出端口电场幅度相位平整度不佳的缺点。使得本专利技术具有了阻抗匹配良好、输出端口电场幅度相位平整度高的优点,有利于提高天线系统的性能。附图说明图1是本专利技术的立体结构图;图2是本专利技术的俯视图;图3是本专利技术结构尺寸的示意图;图4是本专利技术H面扇形喇叭初级馈源的结构示意图;图5是本专利技术两组锯齿状扼流槽的结构示意图;图6是本专利技术实施例提供的线源与参考线源输入端口电压驻波比(VSWR)仿真曲线图;图7是本专利技术实施例提供的线源与参考线源在20GHz频点时输出端口幅度分布曲线图;图8是本专利技术实施例提供的线源与参考线源在20GHz频点时输出端口相位分布曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图和实施例,对本专利技术进行进一步的详细说明:参照图1,对本专利技术基于SIW技术的CTS天线馈电线源整体结构做进一步描述。本专利技术的线源包括上层金属覆铜面1、介质基片2、下层金属覆铜面3三层结构以及位于该线源的上下侧边缘设置有锯齿状扼流槽5。上层金属覆铜面1、下层金属覆铜面3分别位于介质基片2的两侧;上金属镀覆铜面1、下金属镀覆铜面3的轮廓与介质基片2的轮廓保持一致。介质基片2为相对介电常数εr=2.2的介质基片,介质基片厚度为1mm,线源整体剖面高度为0.067λ,λ为中心频率20GHz所对应的空气中的波长。参照图2,对本专利技术基于SIW技术的本文档来自技高网
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基于SIW技术的低剖面CTS天线馈电线源

【技术保护点】
一种基于基片集成波导SIW技术的低剖面连续横向枝节CTS天线馈电线源,其特征在于,该线源包括上层金属覆铜面(1)、介质基片(2)、下层金属覆铜面(3)三层结构以及位于该线源的上下侧边缘设置有锯齿状扼流槽(5);所述的上层金属覆铜面(1)、下层金属覆铜面(3)分别位于介质基片(2)的两侧;穿过介质基片(2)的第一组金属化通孔(21)与上层金属覆铜面(1)和下层金属覆铜面(3)相连,形成H面扇形喇叭初级馈源(4);穿过介质基片(2)的第二组金属化通孔(22)与上层金属覆铜面(1)和下层金属覆铜面(3)相连,形成偏置抛物反射面(6);所述的偏置抛物反射面(6)的焦点与H面扇形喇叭初级馈源(4)的相位中心重合;穿过介质基片(2)的第三组金属化通孔(23)和第四组金属化通孔(24)与上层金属覆铜面(1)和下层金属覆铜面(3)相连形成基片集成波导SIW矩形平板波导(7)。

【技术特征摘要】
1.一种基于基片集成波导SIW技术的低剖面连续横向枝节CTS天线馈电线源,其特征在于,该线源包括上层金属覆铜面(1)、介质基片(2)、下层金属覆铜面(3)三层结构以及位于该线源的上下侧边缘设置有锯齿状扼流槽(5);所述的上层金属覆铜面(1)、下层金属覆铜面(3)分别位于介质基片(2)的两侧;穿过介质基片(2)的第一组金属化通孔(21)与上层金属覆铜面(1)和下层金属覆铜面(3)相连,形成H面扇形喇叭初级馈源(4);穿过介质基片(2)的第二组金属化通孔(22)与上层金属覆铜面(1)和下层金属覆铜面(3)相连,形成偏置抛物反射面(6);所述的偏置抛物反射面(6)的焦点与H面扇形喇叭初级馈源(4)的相位中心重合;穿过介质基片(2)的第三组金属化通孔(23)和第四组金属化通孔(24)与上层金属覆铜面(1)和下层金属覆铜面(3)相连形成基片集成波导SIW矩形平板波导(7)。2.根据权利要求1所述的基于基片集成波导SIW技术的低剖面连续横向枝节CTS天线馈电线源,其特征在于,所述介质基片(2)的相对介电常数为2.2~2.65,介质基片(2)的厚度小于2mm。3.根据权利要求1所述的基于基片集成波导SIW技术的低剖面连续横向枝节CTS天线馈电线源,其特征在于,所述的第一组金属化通孔(21)、第二组金属化通孔(22)、第三组金属化通孔(23)、第四组金属化通孔(24),每组金属化通孔的单个通孔直径均为d,单位为mm,各组中相邻金属化通孔的孔心间距均为s,单位为mm,其中4.根据权利要求1所述的基于基片集成波导SIW技术...

【专利技术属性】
技术研发人员:高雨辰洪涛姜文龚书喜赵哲民
申请(专利权)人:西安电子科技大学西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司
类型:发明
国别省市:陕西,61

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