一种宽带开口波导辐射天线及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种宽带开口波导辐射天线及其设计方法，包括基片集成波导馈电结构、辐射贴片、匹配波导和开口波导辐射器。根据频率范围、天线波束宽度、结构限制的空间范围、加工工艺的要求确定开口波导辐射器的口径尺寸、间距、基片集成波导尺寸再进行制造上述宽带开口波导辐射天线。本发明专利技术可使用体硅MEMS工艺实现，加工精度高、易与各类毫米波芯片集成进行一体化设计和生产；该宽带开口波导辐射天线结构简单，降低了波导天线的加工难度，降低了生产成本。产成本。产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带开口波导辐射天线及其设计方法


[0001]本专利技术属于天线领域，具体涉及一种宽带开口波导辐射天线及其设计方法。

技术介绍

[0002]天线(antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。
[0003]近年来，随着无人驾驶汽车技术的快速发展，用于无人驾驶汽车的天线系统也得到了快速发展。其中，对于用于目标探测的数字波束合成天线系统来说，一般安装在汽车四周，因此这些天线系统都具有良好的机动性，从而对这些天线的要求也就更高。比如：小型化、低损耗、高增益、高效率、宽波束等。进而对天线的设计和加工也提出了更高的要求。比如：更高的加工精度、天线系统一体化设计和加工等。为了减少天线系统的高度，天线一般设计为平面阵列天线，因此波导天线得到了很好的应用。
[0004]现有的波导天线馈电结构复杂，增加了天线的加工难度，传统加工工艺也难以保证天线加工精度。同时存在难与射频系统集成，无法进行一体化设计和加工的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种宽带开口波导辐射天线及其设计方法，解决了现有技术结构复杂，加工难；难以与射频系统集成，难以进行一体化设计和加工的问题；同时解决了高介电常数硅介质SIW和空气填充辐射波导匹配的问题。
[0006]实现本专利技术的技术解决方案为：一种宽带开口波导辐射天线，包括上基板和位于上基板底面的基片集成波导馈电结构，在上基板上开有一个矩形的空气腔，作为开口波导辐射器，所述基片集成波导馈电结构带有谐振腔，将基片集成波导馈电结构顶面的金属层刻蚀环形缝隙形成矩形的辐射贴片，辐射贴片正对开口波导辐射器位置，且位于谐振腔内。
[0007]一种宽带开口波导辐射天线的设计方法，步骤如下：
[0008]步骤1、根据所需天线的中心频率、E面和H面波束宽度参数，结合HFSS 仿真，确定矩形开口波导辐射器的长为W5和宽为L5。根据加工工艺的要求确定开口波导辐射器的高度，转入步骤2。
[0009]步骤2、根据加工工艺的要求确定基片集成波导馈电结构的金属通孔半径R、相邻金属通孔间距d，转入步骤3。
[0010]步骤3、根据所需天线的输入端口的特性阻抗参数，结合HFSS仿真，确定基片集成波导的输入端口尺寸W
in
，转入步骤4。
[0011]步骤4、根据开口波导辐射器的长W5和宽L5、所需天线的输入端口的特性阻抗、所需天线驻波要求，结合HFSS仿真，确定基片集成波导馈电结构谐振腔的长W3和宽L3，以及辐射贴片的长W2和宽L2，转入步骤5。
[0012]步骤5、根据步骤1至步骤4确定的参数以及所需天线的性能参数，结合 HFSS仿真，判断是否满足天线的驻波性能，若满足，设计完成。若不满足，转入步骤6。
[0013]步骤6、在开口波导辐射器下方增设匹配波导，确定匹配波导的长W4和宽 L4，转入步骤7。
[0014]步骤7、判断此时天线的性能参数与所需性能是否存在差异，若存在差异返回步骤4，直至得出的天线的性能参数与所需性能匹配。
[0015]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：本专利技术采用基片集成波导形式作为天线的端口和馈电结构，且采用体硅MEMS工艺，加工精度高，易与各类毫米波芯片集成；结构简单，便于加工。E面波束宽度达到95.5度，H面波束宽度达到64.8度。
附图说明
[0016]图1为本专利技术中宽带开口波导辐射天线的立体结构示意图。
[0017]图2为本专利技术中宽带开口波导辐射天线的立体结构爆炸示意图。
[0018]图3为图1的俯视状态结构示意图。
[0019]图4为基片集成波导和辐射贴片尺寸标注图。
[0020]图5为图3中沿A
‑
A的剖视图。
[0021]图6为图3中沿B
‑
B的剖视图。
[0022]图7为本专利技术中宽带开口波导辐射天线S11图。
[0023]图8为本专利技术中宽带开口波导辐射天线二维方向图。
[0024]图9为本专利技术1
×
4单元的天线阵结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
) 仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果改特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0027]另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术地描述中，“多个”地含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体地限定。
[0028]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应作广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发
明中的具体含义。
[0029]另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围指内。
[0030]下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次专利技术的技术难点、专利技术点进行进一步介绍。
[0031]如图1、2、3所示，一种宽带开口波导辐射天线，包括上基板5和位于上基板5底面的基片集成波导馈电结构4，在上基板5上开有一个矩形的空气腔，作为开口波导辐射器1，所述基片集成波导馈电结构4带有谐振腔，将基片集成波导馈电结构4顶面的金属层刻蚀环形缝隙形成矩形的辐射贴片3，辐射贴片3正对开口波导辐射器1位置，且位于谐振腔内。
[0032]当开口波导辐射器1和基片集成波导馈电结构4驻波不匹配时，在两者之间增设匹配波导2实现阻抗匹配，所述匹配波导2位于上基板5上。
[0033]结合图4和图5，所述宽带开口波导辐射天线的设计方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带开口波导辐射天线，其特征在于：包括上基板(5)和位于上基板(5)底面的基片集成波导馈电结构(4)，在上基板(5)上开有一个矩形的空气腔，作为开口波导辐射器(1)，所述基片集成波导馈电结构(4)带有谐振腔，将基片集成波导馈电结构(4)顶面的金属层刻蚀环形缝隙形成矩形的辐射贴片(3)，辐射贴片(3)正对开口波导辐射器(1)位置，且位于谐振腔内。2.根据权利要求1所述的宽带开口波导辐射天线，其特征在于：当开口波导辐射器(1)和基片集成波导馈电结构(4)驻波不匹配时，在两者之间增设匹配波导(2)实现阻抗匹配，所述匹配波导(2)位于上基板(5)上。3.一种宽带开口波导辐射天线的设计方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、根据所需天线的中心频率、E面和H面波束宽度参数，结合HFSS仿真，确定矩形开口波导辐射器(1)的长为W5和宽为L5；根据加工工艺的要求确定开口波导辐射器(1)的高度，转入步骤2；步骤2、根据加工工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：李聪，汤永浩，汪小红，干鹏，严硕，于航晨，刘飞，马益路，顾阳阳，王寒冰，李晨，
申请(专利权)人：中国航天科工集团八五一一研究所，
类型：发明
国别省市：