一种基片集成脊波导缝隙阵列宽带漏波天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基片集成脊波导缝隙阵列宽带漏波天线，其关于H面成对称结构，包括基片集成波导和脊金属层，所述基片集成波导包括下金属层、下介质板、上介质板和上金属层；所述下金属层、下介质板、脊金属层、上介质板和上金属层依次重叠设置；所述脊金属层的两侧分别设置有一排侧过孔，所述侧过孔依次穿过下金属层、下介质板、上介质板和上金属层；所述脊金属层长度方向的中心线上还设置有一排中过孔，所述中过孔依次穿过下金属层、下介质板和脊金属层(3)；其在H面可实现28°至84°的频率扫描，阻抗带宽可达38％，同时具有高增益、低副瓣电平、易于加工集成等的突出优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天线领域，具体涉及一种基片集成脊波导缝隙阵列宽带漏波天线。
技术介绍
天线作为辐射或接收无线电波的装置，是无线电通信系统的最基本组成部分之一。天线性能的好坏，直接制约着无线电通信系统的通信质量。波导缝隙天线，是由开在波导壁上的缝隙构成，为了增强波导缝隙天线的方向性，通常是在波导的同一侧壁上依据一定的规律开一条或多条尺寸相同或不同的缝隙，构成阵列。波导缝隙阵列天线具有窄主瓣波束，低副瓣电平，低交叉极化电平，容易实现高增益，因此是阵列天线研究中的热点。传统的金属矩形波导制作的波导缝隙阵列天线，是依靠机械加工而成的。天线在较低的频段工作时，物理尺寸相对较大，因而机械加工能够提供足够高的加工精度。然而随着无线电频谱的利用向毫米波乃至更高频段扩展，由于波导缝隙天线对缝隙尺寸与位置的敏感性极高，因而传统的机械加工工艺的制造精度已经难以满足金属波导缝隙天线的精度要求。近年来，人们开始研究基于基片集成波导的各种无源天线，其中基于基片集成波导的缝隙阵列漏波天线的研究一直占有重要地位。基片集成波导缝隙阵列漏波天线集成了金属波导缝隙阵列漏波天线的窄波束、低副瓣、低交叉极化等优点，同时还具有更低的剖面，更容易的集成性和更低的成本等优点。然而波导缝隙阵列天线的一个固有属性为窄带特性。通常，其阻抗带宽不会超过10％，如何展宽基片集成波导的工作带宽，是亟待解决的问题。本专利要求天线实现一般漏波天线的固有特性——频扫特性，同时，既要继承基片集成波导缝隙阵列漏波天线的一系列优点，又要在此基础上展宽其工作频带。在尽量不折损其他性能的前提下将天线的工作频带展宽，这对天线的设计要求是很高的。目前国内外文献中已报道的漏波天线可以归纳为三种，分别是微带漏波天线、矩波导缝隙漏波天线、基片集成波导缝隙漏波天线。主要应用于微波通信和雷达系统。Ying-ChouShih(Ying-Choushih,Shing-KwangChen,Cheng-ChiHuandC.FJou，“Activefeedbackmicrostripleakywaveantenna-synthesiserdesignwithsuppressedbackloberadiation”，ElectronicLetters,vol.35,pp.513-514,April.1999)等提出了在微带漏波天线贴片宽边上加载微带天线阵，提高了微带漏波天线的辐射效率，减小了微带漏波天线由于末端开口不匹配引起的反射波瓣，所得副瓣电平为-13dB，天线主波束半功率宽度为20°，中心频率处增益为8dB；JuhuaLiu(JuhuaLiu,DavidR.JacksonandYunliangLong，“Substrateintegratedwaveguideleaky-waveantennawithtransverseslot，”in2012IEEETransactionsonAntennasandPropagation,vol.60,pp.20-29)等提出一种基片集成波导中部开一系列横槽的SIW漏波天线，在中心频率处可获得最大增益17dB，天线主波束频扫范围为9°～35°，相对带宽为15％。这些漏波天线的共同特点是带宽很窄，天线主波束扫描范围较小，高增益与低副瓣电平不可同时兼得。目前已有的频扫漏波天线其工作带宽仅达到5％左右，还无法实现H面的3dB波束宽度等于或大于50°，且无法满足高增益，低副瓣，结构简单，易于集成等的要求。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题提供一种基片集成脊波导缝隙阵列宽带漏波天线，其在H面可实现28°至84°的频率扫描，阻抗带宽可达38％，同时具有高增益、低副瓣电平、易于加工集成等的突出优点。本专利技术通过下述技术方案实现：一种基片集成脊波导缝隙阵列宽带漏波天线，其关于H面成对称结构，包括基片集成波导和脊金属层，所述基片集成波导包括下金属层、下介质板、上介质板和上金属层；所述下金属层、下介质板、脊金属层、上介质板和上金属层依次重叠设置；所述脊金属层的两侧分别设置有一排侧过孔，所述侧过孔依次穿过下金属层、下介质板、上介质板和上金属层；所述脊金属层长度方向的中心线上还设置有一排中过孔，所述中过孔依次穿过下金属层、下介质板和脊金属层(3)。本专利技术的漏波天线采用一个基片集成波导、一排中过孔和脊金属层的组合式漏波主体结构，中过孔构成金属脊柱，脊金属层为金属条带，其继承了基片集成波导缝隙阵列漏波天线传输损耗低、易于集成的优点，又具有加脊波导单模工作频带宽的固有属性，同时，引入的脊金属层进一步拓展了漏波天线的工作频带，使频率扫描角度范围进一步增大。采用该结构的天线，其在H面可实现28°至84°的频率扫描，阻抗带宽可达38％，同时具有高增益、低副瓣电平、易于加工集成等的突出优点。作为优选，所述脊金属层成条带状，其宽度大于中过孔的直径，所述脊金属层的长度大于基片集成波导的长度。该天线的主体为基片集成脊波导，其脊柱和金属条带的长度略大于基片集成波导的长度，延伸入过渡段。相邻两个中过孔的间距为0.03λ至0.05λ，λ为中心频率处电磁波在介质中的波长；所述侧过孔的直径为0.017λ～0.027λ，每排相邻两个侧过孔的间距小于或等于侧过孔的直径；所述侧过孔和中过孔的直径相等且中过孔的高度为侧过孔高度的一半。中过孔的直径与侧过孔的直径相等，这样在机械加工过程中可避免更换刀具，进而避免引入尺寸误差，这在毫米波波段非常重要。还包括漏波结构，所述漏波结构包括设置在上金属层上的一排横槽。所述横槽的宽度相等、间隔相等。所述横槽长度成周期性分布，且每一长度变化周期内横槽长度的最大值为0.2λ～0.25λ，长度的最小值为0.15λ～0.2λ。本专利技术根据缝隙阵列天线的基本理论并且利用缝隙阵列口径综合分析方法，通过对一系列辐射横槽的长度的设计，使副瓣电平平均低于-25dB，最小可达-45dB，有效地抑制了旁瓣电平，从而提升了天线增益。槽长采用周期性的渐变结构，由中心处最大槽长向两边最小槽长渐变，在天线的两端，槽长渐变为零。通过对最大槽长、最小槽长、周期个数和渐变率等关键尺寸的设计，使得最终方向图达到超低副瓣，高增益，宽角度扫描的要求。同时，这种开槽的设计，复合缝隙阵列天线的基本理论，又避免了常规口径分布综合法，如泰勒综合法等的复杂运算，大大降低了设计难度。还包括50Ω微带线、用于连接50Ω微带线和基片集成波导的过渡带，所述50Ω微带线的导带与上金属层共面。考虑到微带线加工经济并且精度较高，整个馈源系统的连接端设计为微带馈电，微带线端口的一端通过过渡带与基片集成波导端口相连，另一端与馈电端口和匹配负载相连。所述过渡带包括渐变段和平直段，渐变段较宽的一端与上金属层相连，渐变段较窄的一端与平直段的一端相连；平直段的另一端与50Ω微带线相连，过渡带的地与下金属层相连。所述过渡带的长度为1.0λ～1.5λ。该天线采用多层PCB印制板工艺加工。本专利技术与现有技术相比，至少具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术实现了在H面可实现28°至84°的频率扫描，阻抗带宽可达38％，同时具有高增益、低副瓣电平、易于加工集成等的突出优点。2、本专利技术采用基片集成波导为天线的主体结构，在基片集成波导结构中，设置一排周期性排列的金属脊柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基片集成脊波导缝隙阵列宽带漏波天线，其关于H面成对称结构，其特征在于：包括基片集成波导和脊金属层(3)，所述基片集成波导包括下金属层(5)、下介质板(4)、上介质板(2)和上金属层(1)；所述下金属层(5)、下介质板(4)、脊金属层(3)、上介质板(2)和上金属层(1)依次重叠设置；所述脊金属层(3)的两侧分别设置有一排侧过孔(6)，所述侧过孔(6)依次穿过下金属层(5)、下介质板(4)、上介质板(2)和上金属层(1)；所述脊金属层(3)长度方向的中心线上还设置有一排中过孔(7)，所述中过孔(7)依次穿过下金属层(5)、下介质板(4)和脊金属层(3) 。

【技术特征摘要】
1.一种基片集成脊波导缝隙阵列宽带漏波天线，其关于H面成对称结构，其特征在于：包括基片集成波导和脊金属层(3)，所述基片集成波导包括下金属层(5)、下介质板(4)、上介质板(2)和上金属层(1)；所述下金属层(5)、下介质板(4)、脊金属层(3)、上介质板(2)和上金属层(1)依次重叠设置；所述脊金属层(3)的两侧分别设置有一排侧过孔(6)，所述侧过孔(6)依次穿过下金属层(5)、下介质板(4)、上介质板(2)和上金属层(1)；所述脊金属层(3)长度方向的中心线上还设置有一排中过孔(7)，所述中过孔(7)依次穿过下金属层(5)、下介质板(4)和脊金属层(3)。2.根据权利要求1所述的一种基片集成脊波导缝隙阵列宽带漏波天线，其特征在于：所述脊金属层(3)成条带状，其宽度大于中过孔(7)的直径，所述脊金属层(3)的长度大于基片集成波导的长度。3.根据权利要求1所述的一种基片集成脊波导缝隙阵列宽带漏波天线，其特征在于：相邻两个中过孔(7)的间距为0.03λ至0.05λ，λ为中心频率处电磁波在介质中的波长；所述侧过孔(6)的直径为0.017λ～0.027λ，每排相邻两个侧过孔(6)的间距小于或等于侧过孔(6)的直径；所述侧过孔(6)和中过孔(7)的直径相等且中过孔(7)的高度为侧过孔(6)高度的一半。4.根据权利要求1所述的一种基片集成...

【专利技术属性】
技术研发人员：董宇亮，甘雨辰，邓建华，
申请(专利权)人：四川中测微格科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51