一种基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线制造技术

本发明专利技术提供一种基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线。该反射阵列天线基于介质集成波导缝隙天线单元，通过在上层介质集成波导上表面刻蚀缝隙，产生具有辐射特性的缝隙天线，通过在两层介质集成波导交界金属面上刻蚀缝隙，实现上下层介质集成波导能量的传输。通过调节下层介质集成波导的长度，实现线性相位调节的功能。该反射阵列天线单元采用介质集成波导实现单元结构的设计，结构简单，加工容易，成本和重量都相对较小，因而可以大规模生产。

A reflective array antenna based on dielectric integrated waveguide slot antenna

The present invention provides a reflective array antenna based on a dielectric integrated waveguide slot antenna. The reflective array antenna substrate integrated waveguide slot antenna unit based on the substrate integrated waveguide on the upper surface etching slot, slot antenna has generated radiation characteristics, through the junction of the metal surface etching gap in two layers of substrate integrated waveguide, to achieve lower integrated waveguide transmission medium. The function of the linear phase adjustment is realized by adjusting the length of the integrated waveguide in the lower medium. The reflector antenna unit uses dielectric integrated waveguide to realize the design of cell structure, with simple structure, easy processing, and relatively low cost and weight, so that it can be produced in large scale.

【技术实现步骤摘要】
一种基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线
本专利技术设计一种反射阵列天线技术，特别是一种基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线。
技术介绍
在雷达和卫星通讯系统中，反射阵列天线是一种非常重要的技术，用来实现信号的发射和接收，同时天线还具有高增益，小体积，轻重量的特性，可以应用在目标侦测和通信领域。相对于抛物面天线而言其结构简单，加工方便，成本低廉，体积较小；相对于平面阵列天线而言，反射阵列天线采用空馈技术避免了复杂的馈电网络带来的损耗所导致的较低的天线效率。但是，传统的反射阵列天线存在着交叉极化较高，而且天线效率比较低的问题。近年来，基于介质集成波导技术在微波元器件中得到了快速的发展，特别是对基于介质集成波导的缝隙天线，人们提出了许多不同的设计方法，这类型的天线在很大程度上都具有较好的交叉极化，特别是对于基于介质集成波导的谐振型纵向缝隙天线阵列而言。基于介质集成波导的缝隙天线大院具有减小交叉极化、提高天线效率等优点，可以有效地提高极化纯度，实现高效率的反射阵列天线。但是现有技术中尚无将基于介质集成波导的缝隙天线运用到反射阵列天线单元的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于介质集成波导缝隙天线单元的反射阵列天线，它能具有较低的交叉极化和较高的效率下实现高增益的天线性能。一种基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线，包括若干个呈周期性排列的介质集成波导缝隙天线单元，每个介质集成波导缝隙天线单元均包括从上至下依次粘连在一起的上层金属层、上层介质基板、中间金属层、下层介质基板、下层金属层，每个介质集成波导缝隙天线单元还包括上层介质集成波导和下层介质集成波导。其中上层金属层和中间金属层上分别设置上层辐射缝隙和中层耦合缝隙且缝隙间相互垂直设置且均偏离各自所在层所平行的中心线且关于各自所在层所垂直的中心线对称设置，上层介质集成波导若干均设置于上层介质基板中且每一上层介质集成波导上、下两端分别与上层金属层和中间金属层相连接，上层介质集成波导金属通孔成等间距排列，下层介质集成波导若干均设置于下层介质基板中且每一下层介质集成波导上、下两端分别与中间金属层和下层金属层相连接，下层介质集成波导金属通孔成等间距排列，与中层耦合缝隙相距较远的一边的下层介质集成波导距中层耦合缝隙的间距可调以改变下层介质集成波导的长度，所述介质集成波导缝隙天线单元中下层介质集成波导的长度间不完全相同。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)本专利技术提出的基于介质集成波导缝隙天线单元，可以在灵活的实现超过360°线性相位变化；(2)本专利技术提出的基于介质集成波导缝隙天线单元，能够实现单元之间较低能量的耦合；(3)本专利技术提出的基于介质集成波导缝隙天线单元，能够实现天线单元低于-60dB的交叉极化；(4)本专利技术提出的基于介质集成波导缝隙天线单元能够实现具有较高灵敏度的相位调节；(5)本专利技术提出的基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线能够实现低于-40dB的天线交叉极化；(6)本专利技术提出的基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线，采用双面微波介质板，结构简单，加工容易，成本和重量都相对较小，因而可以大规模生产。下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线的俯视图。图2为本专利技术基于介质集成波导缝隙天线单元的三维图、俯视图和侧视图，其中图(a)为三维图，图(b)为俯视图，图(c)为侧视图。图3(a)为本专利技术基于介质集成波导缝隙天线3*3阵列的俯视图。图3(b)为图3(a)中一个单元的结构示意图。图4为本专利技术基于介质集成波导缝隙天线3*3阵列的反射系数和传输系数示意图。图5为本专利技术基于介质集成波导缝隙天线单元在不同下层介质集成波导长度下的相位变化曲线示意图。图6为本专利技术基于介质集成波导缝隙天线单元在不用频率下的损耗值和交叉极化电平示意图，其中图(a)为损耗值示意图，图(b)为交叉极化电平示意图。图7为本专利技术基于介质集成波导缝隙天线单元在不同入射角度情况下相位随频率的变化情况示意图。图8为本专利技术基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线在30GHz情况下E面和H面的仿真和测试得到的归一化辐射方向图。图9为本专利技术基于介质集成波导缝隙天线的放射阵列天线的增益曲线示意图。具体实施方式结合图1和图2，一种基于介质集成波导缝隙天线单元的反射阵列天线，包括若干个呈周期性排列的介质集成波导缝隙天线单元1，每个介质集成波导缝隙天线单元1均包括上层金属层2、上方介质基板3、中间金属层4、下层介质基板5、下层金属层6、上层辐射缝隙7、上层介质集成波导8、中层耦合缝隙9和下层介质集成波导10。上层金属层2印制在上层介质基板3的上表面，中间金属层4印制在上层介质基板3的下表面和下层介质基板5的上表面。下层金属层6印制在下层介质基板5的下表面。上层介质集成波导8插入上层介质基板3中，下层介质集成波导10插入下层介质基板5中。上层介质集成波导8的上下端分别与上层金属层2和中间金属层4相连接，下层介质集成波导10的上下端分别与中间金属层4和下层金属层6相连接。介质集成波导8，10的金属通孔成等间距排列。上层辐射缝隙7和中层耦合缝隙9间相互垂直设置且均偏离各自所在层所平行的中心线且关于各自所在层所垂直的中心线对称设置。下层介质集成波导10的金属通孔与边缘的间距13是可以调节的。所述上层介质集成波导8围成的面积应当保证实现天线的工作频率。所述上层辐射缝隙7偏移两影响阻抗的匹配。所述中层耦合缝隙9偏移量影响能量耦合。所述介质基板3的介电常数εr为1～10.2，厚度22为0.01λ～0.2λ，其中λ为自由空间波长。金属通孔的直径18都相等，均为0.1～0.5mm，通孔之间的间距19为金属通孔直径的2～4倍。介质集成波导缝隙天线单元为长宽相等的结构，边长为0.4λ～λ。上层辐射缝隙17和中间耦合缝隙的宽度20为0.1mm-0.6mm，长度1521为0.4λg～0.6λg，其中λg为波导波长。辐射缝隙偏离中心线的间距16为0.05mm～1mm，耦合缝隙偏离单元边缘的间距12大小为0.2mm～1mm，下层介质集成波导的长度13的大小为0mm至介质集成波导缝隙天线单元1的边长，通过调节下层介质集成波导的长度可以得到具有不同相位的天线单元。所述上层介质集成波导8相邻金属通孔间的间距与下层介质集成波导10相邻金属通孔间的间距可相同也可不同。下面结合实施例对本专利技术的具体装置的细节及工作情况进行细化说明。结合图1和图2，该反射阵列天线，由若干个呈周期性排列的介质集成波导缝隙天线单元1组成，每个介质集成波导缝隙天线单元1由9个部分组成，包括上层金属层2、上方介质基板3、中间金属层4，下层介质基板5，下层金属层6，上层辐射缝隙7，上层介质集成波导8，中层耦合缝隙9和下层介质集成波导10.其中介质基板3的介电常数εr为2.2，厚度22为0.508mm，金属通孔的直径18都相等，均为0.3mm，通孔之间的间距19为金属通孔直径为0.83mm。介质集成波导缝隙天线单元为长短相等结构，它的边长为5mm。上层辐射缝隙17和中间耦合缝隙的宽度20为0.2mm，长度分别为1521为4.5mm和4mm。辐射缝隙偏离中心线的间距16为0.2mm，耦合缝隙偏离单元边缘的间距本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线，包括若干个呈周期性排列的介质集成波导缝隙天线单元(1)，其特征在于，每个介质集成波导缝隙天线单元(1)均包括从上至下依次粘连在一起的上层金属层(2)、上层介质基板(3)、中间金属层(4)、下层介质基板(5)、下层金属层(6)，每个介质集成波导缝隙天线单元(1)还包括上层介质集成波导(8)和下层介质集成波导(10)；其中上层金属层(2)和中间金属层(4)上分别设置上层辐射缝隙(7)和中层耦合缝隙(9)且缝隙间相互垂直设置且均偏离各自所在层所平行的中心线且关于各自所在层所垂直的中心线对称设置，上层介质集成波导(8)若干均设置于上层介质基板(3)中且每一上层介质集成波导(8)上、下两端分别与上层金属层(2)和中间金属层(4)相连接，上层介质集成波导(8)金属通孔成等间距排列，下层介质集成波导(10)若干均设置于下层介质基板(5)中且每一下层介质集成波导(10)上、下两端分别与中间金属层(4)和下层金属层(6)相连接，下层介质集成波导(10)金属通孔成等间距排列，与中层耦合缝隙(9)相距较远的一边的下层介质集成波导(10)距中层耦合缝隙(9)的间距可调以改变下层介质集成波导(10)的长度；所述介质集成波导缝隙天线单元(1)中下层介质集成波导(10)的长度间不完全相同。...

【技术特征摘要】
1.一种基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线，包括若干个呈周期性排列的介质集成波导缝隙天线单元(1)，其特征在于，每个介质集成波导缝隙天线单元(1)均包括从上至下依次粘连在一起的上层金属层(2)、上层介质基板(3)、中间金属层(4)、下层介质基板(5)、下层金属层(6)，每个介质集成波导缝隙天线单元(1)还包括上层介质集成波导(8)和下层介质集成波导(10)；其中上层金属层(2)和中间金属层(4)上分别设置上层辐射缝隙(7)和中层耦合缝隙(9)且缝隙间相互垂直设置且均偏离各自所在层所平行的中心线且关于各自所在层所垂直的中心线对称设置，上层介质集成波导(8)若干均设置于上层介质基板(3)中且每一上层介质集成波导(8)上、下两端分别与上层金属层(2)和中间金属层(4)相连接，上层介质集成波导(8)金属通孔成等间距排列，下层介质集成波导(10)若干均设置于下层介质基板(5)中且每一下层介质集成波导(10)上、下两端分别与中间金属层(4)和下层金属层(6)相连接，下层介质集成波导(10)金属通孔成等间距排列，与中层耦合缝隙(9)相距较远的一边的下层介质集成波导(10)距中层耦合缝隙(9)的间距可调以改变下层介质集成波导(10)的长度；...

【专利技术属性】
技术研发人员：车文荃，范冲，杨婉琛，金华燕，曹越，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32