近场聚焦平面阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种效率较高且体积较小、成本较低的近场聚焦平面阵列天线。该阵列天线包括从上往下依次层叠设置的第一金属覆铜层、第一介质层、第二金属覆铜层、第二介质层、第三金属覆铜层、第三介质层、第四金属覆铜层、第四介质层和第五金属覆铜层，第一介质层上设置有金属化辐射孔；第二介质层上设置有金属化移相孔；第三介质层上设置有金属化过渡孔；第四介质层上设置有基片集成波导并馈网络。本发明专利技术所述的近场聚焦平面阵列天线采用金属化移相孔来实现相位补偿，补偿范围大，结构简单，性能优异，天线的效率较高，而且可以大大减小天线的体积，降低成本，另外可以完成不同聚焦位置的调节。适合在微波毫米波天线技术领域推广应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种效率较高且体积较小、成本较低的近场聚焦平面阵列天线。该阵列天线包括从上往下依次层叠设置的第一金属覆铜层、第一介质层、第二金属覆铜层、第二介质层、第三金属覆铜层、第三介质层、第四金属覆铜层、第四介质层和第五金属覆铜层，第一介质层上设置有金属化辐射孔；第二介质层上设置有金属化移相孔；第三介质层上设置有金属化过渡孔；第四介质层上设置有基片集成波导并馈网络。本专利技术所述的近场聚焦平面阵列天线采用金属化移相孔来实现相位补偿，补偿范围大，结构简单，性能优异，天线的效率较高，而且可以大大减小天线的体积，降低成本，另外可以完成不同聚焦位置的调节。适合在微波毫米波天线
推广应用。【专利说明】近场聚焦平面阵列天线
本专利技术涉及微波毫米波天线
，具体涉及一种近场聚焦平面阵列天线。
技术介绍
点聚焦天线凭借其电磁波聚焦效应，被广泛的应用于微波毫米波成像、无线输能、射频无线识别、微波医疗等场合。传统的聚焦天线按照外形可以分为两大类:非平面聚焦天线和平面聚焦天线。其中，非平面聚焦天线包括抛物面天线和介质透镜天线；平面聚焦天线主要为贴片阵列天线。传统的非平面聚焦天线，如抛物面天线、介质透镜天线等，虽然可以实现较好的聚焦特性，但由于天线结构非平面，需要精确的机械加工，且体积庞大、成本高昂，难以小型化，不利于与平面电路集成。传统的平面聚焦天线，通过调整激励源到天线单元之间馈电微带的长度，以实现对贴片天线不同相位的馈电。虽然平面聚焦天线可以降低加工成本、克服集成困难，但其也存在一些问题。例如，有人提出了一种具有聚焦特性的微带贴片阵列天线。该天线结构包含一层介质层和二层金属覆铜层，下层金属覆铜层构成微带天线的地面，上层金属覆铜层构成微带线功分器网络、移相网络以及贴片辐射单元。上述结构的聚焦特性通过上层金属覆铜层中的移相网络为贴片辐射单元提供相位差来实现，而该移相网络通过不等长的微带线来实现，当电磁波通过不同长度的微带线后在贴片辐射单元上产生特定相位差，从而实现电磁波聚焦特性。该结构中相位改变通过不等长微带线实现，当相位差要求较大时，移相网络中微带线会很长，导致该阵列整体面积增大，不利于小型化，也增加了成本；微带线及其不连续弯角处会有辐射，在降低馈电效率的同时，也影响聚焦效果。又如，也有人提出了一种利用移相器来控制天线相位从而实现具有焦距可变特性的聚焦天线。该结构由偶极子天线、功率分配网络和移相器构成；24个偶极子天线规律排列成三个圆，每一圆包含8个偶极子天线。同一圈上的8个偶极子天线通过一个一分八功率分配网络馈电，三个功率分配网络分别对三个圆共24个偶极子天线馈电；上述三个功率分配网络分别与两个不同移相器连接，最后由一个一分四功率分配网络连接到信号源。该聚焦天线可通过移相器对不同圆上的偶极子天线进行相位控制，从而实现电磁波聚焦和焦距可变。该结构采用了四个功率分配网络以及两个移相器，使得整个系统结构复杂、成本闻，在闻频应用和大尺寸应用时不可接受:。上述两种典型的聚焦阵列天线，虽然加工和设计相对简单，实现了平面化设计，但是很难兼顾小型化、高效率、低成本等需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种效率较高且体积较小、成本较低的近场聚焦平面阵列天线。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是:该近场聚焦平面阵列天线，包括从上往下依次层叠设置的第一金属覆铜层、第一介质层、第二金属覆铜层、第二介质层、第三金属覆铜层、第三介质层、第四金属覆铜层、第四介质层和第五金属覆铜层，所述第一介质层上设置有多个直径相同的金属化辐射孔并且所述金属化辐射孔贯穿第一金属覆铜层、第一介质层；所述第二介质层上设置有多个不同直径的金属化移相孔，所述多个金属化移相孔与多个金属化辐射孔一一对应且共轴，所述金属化移相孔贯穿第二金属覆铜层、第二介质层；所述第三介质层上设置有多个直径相同的金属化过渡孔，所述多个金属化过渡孔与多个金属化移相孔一一对应且共轴，所述金属化过渡孔贯穿第三金属覆铜层、第三介质层；所述第四介质层上设置有基片集成波导并馈网络。进一步的是，所述基片集成波导并馈网络由多级子网络构成，每一级子网络包括多个“T”形头，上一级子网络的“T”形头的两个输出端分别与下一级子网络的两个“T”形头的输入端连接，周期排列下去共同组成基片集成波导并馈网络，所述“T”形头由三个基片集成波导单元组成，在第四介质层上设置两排金属化通孔并且所述金属化通孔贯穿第四金属覆铜层、第四介质层和第五金属覆铜层形成所述基片集成波导单元，所述三个基片集成波导单元的连接区域设置有金属化匹配孔，所述第四金属覆铜层上还设置有馈电槽，所述馈电槽位于金属化过渡孔内。进一步的是，所述第一介质层、第二介质层采用介电常数为4.5的FR4材料制作而成，所述第三介质层、第四介质层采用介电常数为3.5的RF35材料制作而成。进一步的是,所述第一介质层的厚度为1.6mm,第二介质层的厚度为6.4mm,第三介质层的厚度为1.52mm,第四介质层的厚度为0.508mm。进一步的是，所述金属化辐射孔与金属化过渡孔的直径为18mm，距离阵列中心从远到近金属化移相孔直径依次为18mm、18.8mm、20mm。进一步的是，所述基片集成波导单元的宽度为10_。进一步的是，所述金属化通孔的直径为0.5mm,孔心距为0.95mm。进一步的是，所述馈电槽的长度为11.9mm，宽度为0.3mm，偏移基片集成波导单元中心线的距离为0.1mm。本专利技术的有益效果:本专利技术所述的近场聚焦平面阵列天线采用金属化移相孔来实现相位补偿，补偿范围大，结构简单，性能优异，天线的效率较高，而且该金属化移相孔位于金属化辐射孔下方，实现相位改变的同时不会增加阵列横向尺寸，有利于天线的小型化，可以大大减小天线的体积，降低成本，采用基片集成波导并馈网络馈电，在高频工作时，其具有馈电效率高和无辐射干扰的优点，同时，该并馈网络位于金属化辐射孔正下方，更加有利于电路小型化，另外，传统微带线馈电的聚焦天线，其相位补偿来自于馈电网络，一旦加工完成，无法更换，因而难以实现焦距可变，而本专利技术所述的近场聚焦平面阵列天线，其相位控制结构采用金属化移相孔结构，只需要通过更换不同高度的金属化移相孔，即替换具有不同高度的第二介质层，就可以完成不同聚焦位置的调节，而且替换过程中阵列整体结构与布局无需变动，节约时间成本，再者，该近场聚焦平面阵列天线工作带宽较宽，在大规模应用时性能不会恶化。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术近场聚焦平面阵列天线的三维结构示意图；图2是本专利技术近场聚焦平面阵列天线的第一金属覆铜层的结构示意图；图3是本专利技术近场聚焦平面阵列天线的第二金属覆铜层的结构示意图；图4是本专利技术近场聚焦平面阵列天线的第三金属覆铜层的结构示意图；图5是本专利技术近场聚焦平面阵列天线的第四金属覆铜层的结构示意图；图6是本专利技术近场聚焦平面阵列天线的工作原理图；图中标记说明:第一金属覆铜层1、第二金属覆铜层2、第三金属覆铜层3、第四金属覆铜层4、馈电槽41、第五金属覆铜层5、第一介质层6、金属化辐射孔61、第二介质层7、金属化移相孔71、第三介质层8、金属化过渡孔81、第四介质层9、金属化通孔91、金属化匹配孔92。【具体实施方式】下面结合附图对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程钰间，王磊，黄伟娜，吴杰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：