一种毫米波基片集成波导喇叭一维立体布局扫描相控阵制造技术

本发明专利技术公开了一种毫米波基片集成波导喇叭一维立体布局扫描相控阵。本发明专利技术包括包括n个基片集成波导子阵列和n+1块金属隔板；一个基片集成波导子阵列包括k个H面喇叭单元天线和一个k路基片集成波导功率分配器，其中，k路基片集成波导功率分配器作为k个H面喇叭单元天线的馈电网络，k路基片集成波导功率分配器的k个输出端口分别与k个H面喇叭单元天线相连接。本发明专利技术在扫描方向上的单元间距可以做到小于0.4λ0(f0＝29.5GHz)，并且大扫描角度范围内保持较低的副瓣电平。本发明专利技术的馈电网络易于实现，并且由于其非等功率分配的特性既能够实现高增益的k

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波基片集成波导喇叭一维立体布局扫描相控阵


[0001]本专利技术属于天线
，具体涉及一种毫米波基片集成波导喇叭一维立体布局扫描相控阵。

技术介绍

[0002]随着社会对数据传输速率越来越高的需求，毫米波频谱逐渐得到开发利用，毫米波天线受到众多研究人员的关注。毫米波相控阵天线既有阵列天线的高增益的特点，又可以实现灵活的波束指向，这些优点可用于应对毫米波传播时较高的路径损耗以及实现单个天线更大的覆盖范围。通常相控阵天线的阵元需要满足在扫描面具有较宽的半功率波束宽度，以及相邻阵元间的间距足够小，以此保证在大扫描角时相控阵天线的辐射方向图增益下降较小以及不出现栅瓣。此外，阵列中各个阵元间的耦合应该尽可能小，以保证相控阵天线良好的总体扫描性能。
[0003]在传统相控阵天线的设计中，多采用在一个平面上均匀布阵的方式，并且采取措施抑制或者减小单元间的耦合，常见的措施有：在单元间加入隔板、增加单元间距或者针对性地在单元间设计去耦结构。虽然这些技术可以在一定程度上增加阵中各个单元间的隔离度，但是也会对相控阵天线的辐射性能产生负面影响，而且会增大天线的复杂程度和设计工作量。除此之外，相控阵天线的布阵方式也可以是同一平面上非均匀的形式。非均匀布阵只适用于大规模阵列中，并且由于阵元的数目较多，只能采用全局优化算法确定每个阵元的位置，才可能获得最佳的阵列中各个单元的布局，但是这种阵列设计方法计算量巨大，设计周期长。又因为数量众多的单元之间的耦合的计算难度大，通常在设计中常常被忽略，并不能保证非均布平面阵列实物具备满足实际应用需求的辐射性能。
[0004]综上所述，毫米波通信技术快速发展，带来对高性能毫米波相控阵天线的强烈需求，这使得结构简单、扫描性能优异的毫米波相控阵天线的研究意义重大。
[0005]现有技术存在以下缺点：
[0006]1)一种小体积宽角覆盖模块化频扫相控阵天线(孙浩,王燕,鲁加国,刘小为,李莉,孙伟,张崎,门国捷.一种小体积宽角覆盖模块化频扫相控阵天线[P].安徽省：CN213304350U,2021
‑
05
‑
28.)中提出的相控阵天线尽管其扫描覆盖角度范围大于120
°
范围，并且能够保持低于
‑
28dB的天线副瓣电平，但是在扫描覆盖角度范围内其增益变化起伏超过了3dB，不利于在毫米波频段应用。此外，该方案的阵元数目多、采用焊接的工艺进行加工，毫米波天线由于其电尺寸小，对天线尺寸变化敏感，焊接工艺难以保证天线的可靠性。
[0007]2)一种扇形波束扫描反射阵列天线(黄晓东,樊志凡,金秀华.一种扇形波束扫描反射阵列天线[P].江苏：CN109066061A,2018
‑
12
‑
21.)中提出的毫米波相控阵天线采用10个波导构建扫描阵列，采用机械调相的方式，不仅增加了机械复杂程度，而且不能实现连续的扫描覆盖角度范围。此外，该方案只有7％的工作带宽，扫描覆盖角度范围不宽，无法满足毫米波扫描天线的覆盖范围要求。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种基于非平面布局的毫米波基片集成波导喇叭一维立体布局扫描相控阵天线，该相控阵天线结构相对简单，并且具有高增益、高隔离、宽扫描范围的特性，可用于毫米波通信系统中。
[0009]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0010]一种毫米波基片集成波导喇叭一维立体布局扫描相控阵，包括n个基片集成波导子阵列和n+1块金属隔板；
[0011]一个基片集成波导子阵列包括k个H面喇叭单元天线和一个k路基片集成波导功率分配器，其中，k路基片集成波导功率分配器作为k个H面喇叭单元天线的馈电网络，k路基片集成波导功率分配器的k个输出端口分别与k个H面喇叭单元天线相连接。
[0012]进一步地，n个基片集成波导子阵列的排列方式为非平面的立体布局，即相邻的基片集成波导子阵列的高度不同，辐射口径不在同一平面，基片集成波导子阵列从阵列中心位置往两边，辐射口径平面逐渐降低。在相邻基片集成波导子阵列间加入改善相控阵单元间耦合度的金属隔板。
[0013]进一步地，提高相控阵单元间隔离度的金属隔板采用长方体结构以及弯折90
°
的长方体结构两种形式，容易加工实现；n+1块金属隔板采用与n个基片集成波导子阵列的相同的布局方式，也表现为中间位置的金属隔板高，而两边的金属隔板逐渐降低，既能增大基片集成波导子阵列间的隔离度，也可以降低金属隔板对相控阵扫描方向图的影响，达到更大的扫描覆盖角度范围；金属隔板与相邻的基片集成波导子阵列的高度相差h，h的取值范围为0～4mm；金属隔板也起着支撑固定整个相控阵天线的作用。
[0014]进一步地，一个基片集成波导子阵列的k个H面喇叭单元天线和一个k路基片集成波导功率分配器具有相同的厚度，采用单层或者多层高频介质板工艺实现。
[0015]进一步地，一个基片集成波导子阵列的k个H面喇叭单元天线均在喇叭口径内部添加若干个调谐匹配金属化过孔，以实现基片集成波导子阵列的良好宽带匹配性能；调谐匹配金属化过孔具体设置的位置与个数与H面喇叭单元天线的张口大小有关。
[0016]进一步地，k路基片集成波导功率分配器的k个输出端口采用非等功率分配方式，中心位置的输出端口的功率分配比例比两边的输出端口的功率分配比例更高，以保证相控阵天线在增加单个H面喇叭单元天线沿磁场方向的辐射口径的尺寸获得高增益的同时，非扫描面的方向图依然保持较好的低副瓣特性。
[0017]进一步地，非等功率分配的k路基片集成波导功率分配器由若干个等功率分配的H
‑
T结型的2路基片集成波导功率分配器组成；
[0018]非等功率分配的k路基片集成波导功率分配器的各个输出端口的不同功率分配比例通过设置从输入端口到输出端口信号路径上H
‑
T结型的2路基片集成波导功率分配器的数量实现。
[0019]进一步地，非等功率分配的k路基片集成波导功率分配器的各个输出端口的不同功率分配比例的输出端口由于功率分配方式造成的相位差采用弯折延时线进行补偿，保证各个输出端口相位一致性。
[0020]进一步地，k为偶数，k个H面喇叭单元天线的辐射口径设置在同一个平面上，组成k
×
1的一维线性阵列。
[0021]进一步地，采用若干个螺钉实现基片集成波导子阵列和金属隔板的组装。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0023]本专利技术在扫描方向上的单元间距可以做到小于0.4λ0(f0＝29.5GHz)，可以大扫描角度范围内保持较低的副瓣电平。
[0024]本专利技术采用调整金属隔板高度的方法在24.25
‑
29.5GHz频率范围内实现较高的单元间隔离度，该方法具有简单有效、实现难度小的特点。
[0025]本专利技术的馈电网络易于实现，并且由于其非等功率分配的特性既能够实现高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米波基片集成波导喇叭一维立体布局扫描相控阵，其特征在于：包括n个基片集成波导子阵列和n+1块金属隔板；一个基片集成波导子阵列包括k个H面喇叭单元天线和一个k路基片集成波导功率分配器，其中，k路基片集成波导功率分配器作为k个H面喇叭单元天线的馈电网络，k路基片集成波导功率分配器的k个输出端口分别与k个H面喇叭单元天线相连接。2.根据权利要求1所述的一种毫米波基片集成波导喇叭一维立体布局扫描相控阵，其特征在于：n个基片集成波导子阵列的排列方式为非平面的立体布局，即相邻的基片集成波导子阵列的高度不同，辐射口径不在同一平面，中间位置的基片集成波导子阵列高，两边的基片集成波导子阵列的高度逐渐降低；在相邻基片集成波导子阵列间加入改善相控阵单元间耦合度的金属隔板。3.根据权利要求2所述的一种毫米波基片集成波导喇叭一维立体布局扫描相控阵，其特征在于：金属隔板采用长方体结构以及弯折90
°
的长方体结构两种形式；n+1块金属隔板采用与n个基片集成波导子阵列的相同的布局方式，即中间位置的金属隔板高，而两边的金属隔板的高度逐渐降低；金属隔板与相邻的基片集成波导子阵列的高度相差h，h的取值范围为0～4mm。4.根据权利要求1所述的一种毫米波基片集成波导喇叭一维立体布局扫描相控阵，其特征在于：一个基片集成波导子阵列的k个H面喇叭单元天线和一个k路基片集成波导功率分配器具有相同的厚度，采用单层或者多层高频介质板工艺实现。5.根据权利要求1所述的一种毫米波基片集成波导喇叭一维立体布局扫描相...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛泉，程俊淇，廖绍伟，冯文杰，车文荃，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：