金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线制造技术

本发明专利技术公开了一种金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线，包括介质基板，介质基板的正面设置有两片金属贴片，两片金属贴片之间形成一个喇叭形开口，且喇叭形开口的两端分别位于介质基板相对的一组侧边上，喇叭形开口的最小端为槽线端，喇叭形开口的最大端为辐射末端，槽线端与辐射末端之间形成的中间缝隙宽度变化区域为辐射段，所述槽线端上设置有微带馈电结构，辐射段靠近辐射末端处设置有若干金属柱单元构成的金属柱透镜结构。该天线的金属柱透镜结构，可以改善天线辐射末端处的相位分布，从而抑制渐变槽线天线在高频段的主瓣分裂现象，提高天线的增益和整体辐射性能。

High gain tapered slot antenna loaded with metal cylindrical lens

【技术实现步骤摘要】
金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线
本专利技术属于天线制造
，特别涉及一种金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线。
技术介绍
随着现代无线通信系统大容量、高速率的发展需求，天线作为无线通信系统中不可或缺的前端器件，也要求具有超宽带、高增益、辐射稳定等特性。渐变槽线天线是一种常用的超宽带天线，具有阻抗频带宽、时域特性好、增益高、易于平面集成等优点，因此在时域脉冲系统、宽带相控阵天线系统、超宽带通信系统等领域具有较大应用潜力。但是，渐变槽线天线在阻抗频带的高频部分工作时，有效口径较大，口径面上电磁场的相位分布不均匀，天线方向性图的主瓣会出现凹陷，从而导致渐变槽线天线在主辐射方向上的增益显著降低，使天线辐射性能恶化。在光学中，利用透镜可以使位于透镜焦点上的点光源辐射出的球面波，经过透镜折射后变为平面波。在渐变槽线天线的辐射区域通过结构设计实现透镜加载，使天线辐射口径上的电磁场相位均匀分布，可以有效抑制天线在高频部分的主瓣分裂现象，提高天线的增益带宽，具有较高的应用价值。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有技术中的问题，本专利技术提出一种金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线，该天线可以实现在高频频带工作时辐射口径上的电磁场相位分布更均匀，从而抑制高频时的主瓣分裂现象，提高天线的增益带宽，同时加载的金属柱透镜对天线的低频辐射特性影响较小，有利于提高渐变槽线天线的整体辐射性能。技术方案：为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线，包括介质基板，所述介质基板的正面设置有两片金属贴片，两片金属贴片之间形成一个喇叭形开口，且喇叭形开口的两端分别位于介质基板相对的一组侧边上，喇叭形开口的最小端为槽线端，喇叭形开口的最大端为辐射末端，所述槽线端与辐射末端之间形成的中间缝隙宽度变化区域为辐射段，所述槽线端上设置有微带馈电结构，所述辐射段靠近辐射末端处设置有若干金属柱单元构成的金属柱透镜结构。进一步的，所述金属柱透镜结构包括若干等间距排列的金属柱单元，金属柱单元贯穿介质基板。进一步的，所述金属柱单元两端与介质基板齐平，或金属柱单元的两端分别与金属贴片和微带馈电结构的导带齐平。进一步的，所述金属柱单元自辐射段至辐射末端数量逐渐增加，且金属柱单元自喇叭形开口的中轴线向两侧数量逐渐减少。进一步的，所述金属柱透镜结构呈三角形或扇形分布。进一步的，位于喇叭形开口中轴线两侧最外围的金属柱单元与金属贴片之间留有间隙。进一步的，所述两片金属贴片形成喇叭形开口的两条曲线为指数形曲线、斜线、二次曲线或分段复合函数曲线，且两条曲线以喇叭形开口的中轴线为轴相互对称设置。具体地讲，金属柱单元的半径、单元数目和单元间距会影响所加载介质基板的等效介电常数，从而影响电磁波在所加载介质基板中的传播速度。所述金属柱透镜结构，在加载区域可以提高介质基板的等效介电常数，降低电磁波在该加载区域的传播速度。三角形或扇形分布的金属柱阵列，使得渐变槽线轴线方向上的等效介电常数最大，电磁波传输速度最小，向渐变槽线两侧边缘其等效介电常数变小，电磁波传输速度变大，从而实现在天线的辐射末端处相位分布较均匀，抑制渐变槽线天线在高频段的主瓣分裂现象，提高天线的增益和整体辐射性能。改变金属柱的半径、间距和金属柱阵列的形状等，可以有效调节加载金属柱介质基板在不同方向上的等效介电常数，从而有效调节加载天线的增益提高值和对应的提高频段。进一步的，所述微带馈电结构包括印制在介质基板反面的微带馈线的导带，以一片金属贴片为接地面，微带馈线的导带的一端位于介质基板边缘，是天线的馈电端，微带馈线的导带的另一端在介质基板反面跨过槽线端的槽线，是微带馈线的末端，所述微带馈线的导带和槽线端槽线的空间交叉处是微带到槽线的过渡端。进一步的，以一片金属贴片为接地面，所述微带到槽线的过渡端为微带-槽线-短路针过渡结构，微带馈线的末端通过短路针在槽线边缘与另一片金属贴片相连接。进一步的，所述微带到槽线的过渡端为扇形微带-圆形槽线的过渡结构，槽线端的开路端为圆形槽线末端，微带馈线的末端为扇形。具体地讲，微带到槽线的过渡端，可以采用微带-槽线-短路针过渡结构，微带馈线的导带在槽线端的介质基板反面跨过槽线，通过短路针在槽线边缘与另一片金属贴片连接，通过调节短路针的位置实现阻抗匹配调节；微带到槽线的过渡端也可以采用扇形微带-圆形槽线的过渡结构，微带馈线的导带在槽线端的介质基板反面跨过槽线，并形成扇形的微带馈线的末端，槽线端的开路端为圆形，通过调节微带末端扇形尺寸和槽线末端圆形尺寸，可以调节两种传输线的阻抗匹配。现有技术中，无加载结构的原始渐变槽线天线，其上传输的电磁波在到达天线的辐射末端处时，沿渐变槽线轴线方向的传播距离最短，沿渐变槽线两侧边缘的传播距离最长，不同的波程使电磁波在天线的辐射末端处相位分布不均匀。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术中所提出的金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线，可以实现在高频频带工作时辐射口径上的电磁场相位分布更均匀，抑制高频时的主瓣分裂现象，提高天线的增益带宽。同时加载的金属柱透镜对天线的低频辐射特性影响较小，有利于提高渐变槽线天线的整体辐射性能。附图说明图1是本专利技术中实施例1的结构示意图；图2是本专利技术中实施例2的结构示意图；图3是原始渐变槽线天线和金属柱透镜加载的渐变槽线天线在主辐射方向上的增益曲线对比图；其中：1-介质基板，2-金属贴片，3-微带馈电结构，4-金属柱透镜结构，5-金属柱单元，6-槽线端，7-辐射段，8-辐射末端，9-微带馈线的导带，10-天线的馈电端，11-微带馈线的末端，12-微带到槽线的过渡端，13-短路针，14-圆形槽线末端。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。如图1-2所示，一种金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线，包括介质基板1，所述介质基板1的正面设置有两片金属贴片2，两片金属贴片2之间形成一个喇叭形开口，且喇叭形开口的两端分别位于介质基板1相对的一组侧边上，喇叭形开口的最小端为槽线端6，喇叭形开口的最大端为辐射末端8，所述槽线端6与辐射末端8之间形成的中间缝隙宽度变化区域为辐射段7，槽线端6有一定长度，其一端是开路端，另一端接辐射段7，所述槽线端6的开路端设置有微带馈电结构3，通过微带到槽线的过渡端12实现电磁波从微带馈线到槽线的耦合。所述辐射段7靠近辐射末端8处设置有若干金属柱单元5构成的金属柱透镜结构4，金属柱单元5可以是金属柱或空心金属化过孔。优选地，槽线端6的两片金属贴片之间缝隙的边缘平行。所述金属柱透镜结构4包括若干等间距排列的金属柱单元5，金属柱单元5贯穿介质基板1，位于辐射段7，且靠近辐射末端8；所述金属柱单元5两端与介质基板1齐平，或金属柱单元5的两端分别与金属贴片2和微带馈电结构3的导带齐平；所述金属柱单元5自辐射段7至辐射末端8数量逐渐增加，且金属柱单元5自喇叭形开口的中轴线向两侧数量逐渐减少，所述金属柱透镜结构4呈三角形或扇形分布，使得渐变槽线轴线方向上的等效介电常数最大，电磁波传输速度最小，向渐变槽线两侧边缘其等效介电常数变小，电磁波传输速度变大，从而实现在天线的辐射末端处相位分布较均匀，抑制渐变槽线天线在高频段的主瓣分裂现象，提高天线的增益和整体辐射性能。位于喇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线，包括介质基板（1），其特征在于：所述介质基板（1）的正面设置有两片金属贴片（2），两片金属贴片（2）之间形成一个喇叭形开口，且喇叭形开口的两端分别位于介质基板（1）相对的一组侧边上，喇叭形开口的最小端为槽线端（6），喇叭形开口的最大端为辐射末端（8），所述槽线端（6）与辐射末端（8）之间形成的中间缝隙宽度变化区域为辐射段（7），所述槽线端（6）上设置有微带馈电结构（3），所述辐射段（7）靠近辐射末端（8）处设置有若干金属柱单元（5）构成的金属柱透镜结构（4）。

【技术特征摘要】
1.一种金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线，包括介质基板（1），其特征在于：所述介质基板（1）的正面设置有两片金属贴片（2），两片金属贴片（2）之间形成一个喇叭形开口，且喇叭形开口的两端分别位于介质基板（1）相对的一组侧边上，喇叭形开口的最小端为槽线端（6），喇叭形开口的最大端为辐射末端（8），所述槽线端（6）与辐射末端（8）之间形成的中间缝隙宽度变化区域为辐射段（7），所述槽线端（6）上设置有微带馈电结构（3），所述辐射段（7）靠近辐射末端（8）处设置有若干金属柱单元（5）构成的金属柱透镜结构（4）。2.根据权利要求1所述的金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线，其特征在于：所述金属柱透镜结构（4）包括若干等间距排列的金属柱单元（5），金属柱单元（5）贯穿介质基板（1）。3.根据权利要求2所述的金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线，其特征在于：所述金属柱单元（5）两端与介质基板（1）齐平，或金属柱单元（5）的两端分别与金属贴片（2）和微带馈电结构（3）的导带齐平。4.根据权利要求1所述的金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线，其特征在于：所述金属柱单元（5）自辐射段（7）至辐射末端（8）数量逐渐增加，且金属柱单元（5）自喇叭形开口的中轴线向两侧数量逐渐减少。5.根据权利要求1所述的金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线，其特征在于：所述金属柱透镜结构（4）呈三角形或扇形分布。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨梅，程崇虎，刘蕾蕾，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32