W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，包括PCB板以及设置在PCB板上的馈电波导，所述PCB板的上层为辐射缝隙层，所述辐射缝隙层为金属覆层，并在金属覆层蚀刻出若干个呈矩阵形式排布的辐射缝隙作为阵列天线的辐射单元，沿辐射缝隙延展方向作为行，在每行辐射缝隙两侧设置贯穿PCB板的金属通孔，构成SIW；PCB板的中间层为介质基板；PCB板的下层为耦合缝隙层，所述耦合缝隙层为金属覆层，并在金属覆层蚀刻出多个耦合缝隙将底部馈电波导的能量耦合进每行SIW。本发明专利技术的W波段大规模圆口径高效率集成基片波导缝隙阵列天线具有结构紧凑、加工简单、体积小、成本低以及口径效率高等优势。口径效率高等优势。口径效率高等优势。

【技术实现步骤摘要】
W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线


[0001]本专利技术属于毫米波阵列天线
，具体为一种W波段大规模圆口径高效率SIW 缝隙阵列天线。

技术介绍

[0002]毫米波段的电磁波在大气窗口(35GHz、94GHz、140GHz、220GHz)频点附近传播时具有反射小、衰减小、散射小等特点，并且面对频谱资源相对紧张的今天，目前对于相关频率的毫米波系统的研究就尤为重要，此类系统需要低成本、高效率、高增益的毫米波天线，对于一些特殊的应用往往还需要圆口径的天线阵面设计。
[0003]针对于94GHz即W波段的天线来说，如何实现高效率和低成本的设计至关重要。波导缝隙阵列天线因低损耗、效率高等优势是W波段天线设计的常用天线种类之一，但常规采用串馈结构的波导缝隙天线在设计大规模阵列时带宽过窄。与传统的波导缝隙阵列类似，间隙波导缝隙天线也具有效率高、损耗低的优点，且由于并馈网络的设计使其可以获得更宽的阻抗带宽，但间隙波导结构复杂，在毫米波段会导致加工难度大、成本高的缺点。反射阵天线无需馈电网络，具有成本低、损耗低、易于实现高增益的特点，但其体积过大，不适用于小型化的设计要求。微带天线具有低剖面、低成本的优点被广泛应用于各种天线设计中，但微带结构在毫米波段尤其是W波段的损耗太大，难以实现高效率。
[0004]SIW结合了平面线结构和非平面波导的优点，SIW低剖面、低成本、易于集成和低损耗的特点使其在毫米波段具有很大的应用前景。目前针对毫米波段SIW阵列天线的研究多集中于利用并馈网络的结构设计SIW阵列，这种结构可以很好地增加天线带宽，但在毫米波段随着阵列尺寸的增加损耗逐渐增大，导致天线效率降低，且不适用于圆口径的天线阵面设计。目前也有利用SIW高次模的设计来减少馈电损耗提高效率，但这种方法随着模次越高带宽越窄，难以实现大规模阵列设计。
[0005]因此现有的W波段阵列天线技术在设计大规模阵列时难以同时实现高效率、圆口径、低成本及较宽的带宽，难以满足某些W波段毫米波系统的需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，用于解决现有技术在设计大规模W波段毫米波阵列天线时难以同时满足高效率、圆口径、低成本及较宽带宽的不足。
[0007]实现本专利技术目的的技术方案为：一种W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，包括PCB板以及设置在PCB板上的馈电波导，所述PCB板的上层为辐射缝隙层，所述辐射缝隙层为金属覆层，并在金属覆层蚀刻出若干个呈矩阵形式排布的辐射缝隙作为阵列天线的辐射单元，沿辐射缝隙延展方向作为行，在每行辐射缝隙两侧设置贯穿 PCB板的金属通孔，构成SIW；PCB板的中间层为介质基板；PCB板的下层为耦合缝隙层，所述耦合缝隙层为金属覆层，并在金属覆层蚀刻出多个耦合缝隙将底部馈电波导的能量耦合进每行SIW。
[0008]优选地，所述馈电波导以耦合缝隙层作为其上波导壁。
[0009]优选地，所述馈电波导为金属腔体结构。
[0010]优选地，每行SIW的宽度相等，均等于耦合波导的波导波长。
[0011]优选地，天线阵面划分为4个关于阵面几何中心位置中心对称的区域，由馈电波导为每个区域进行馈电。
[0012]优选地，所述馈电波导包括波导弯角、多个一分二波导功分器，从波导弯角输入的能量经多个一分二波导功分器分路为4个末级并联波导，4个末级并联波导通过耦合缝隙层的耦合缝隙耦合到每个区域的每行SIW中。
[0013]优选地，各行SIW所获得的功率比等于各行SIW上辐射缝隙的数量比，SIW获得的功率大小由耦合缝隙沿其所在波导的纵向中轴线向外的旋转角度决定，所需获得的功率比越大，旋转角度越大，耦合缝隙的长度为在耦合缝隙旋转角度下的谐振长度。
[0014]优选地，每条耦合缝隙两侧分配的能量比等于左右两边辐射缝隙的数量比，通过在耦合缝隙的一侧加载偏置金属通孔的方式，实现耦合缝隙左右两边的能量的不等分配，功分比例的大小由偏置金属通孔的偏置距离决定，偏置距离越大，实现的功分比越大。
[0015]优选地，每个一分二波导功分器中间加载有功分隔片。
[0016]优选地，各区域最后一级波导分支之间错开一个波导波长的距离避免重叠并保证馈电相位相同。
[0017]本专利技术与现有技术相比，其显著优点：
[0018]1、将圆口径大规模阵列进行分区，各区域分别由底部并联馈电波导进行馈电，保证在进行大规模阵列设计时获得更宽的带宽。
[0019]2、利用在SIW上加载偏置金属通孔的方法，设计了一种耦合不等功分器，可以将耦合缝隙馈入的能量通过偏置金属通孔的加载进行不等功分，解决了圆口径分区设计中SIW上的功率分配问题，且这种设计不占用阵列空间，使天线可以获得更高的口径效率。
[0020]3、馈电波导的上金属壁共用SIW底部的金属覆层，耦合缝隙蚀刻在金属覆层上，避免了波导金属开缝的精度限制和误差影响。
[0021]4、天线结构贴合圆口径的阵面设计且排布紧凑，可以实现较高的口径效率。
[0022]下面结合附图和具体实施方案对本专利技术作进一步的详细描述。
附图说明
[0023]图1是本专利技术一种W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线整体结构示意图。
[0024]图2是本专利技术阵列天线的侧视图。
[0025]图3是本专利技术阵列天线的分层剖析图。
[0026]图4是本专利技术阵列天线的俯视图及区域划分示意图。
[0027]图5是图4中区域I的天线结构示意图。
[0028]图6是图4中区域II的天线结构示意图。
[0029]图7是图1中的馈电波导结构示意图。
[0030]图8是图7中的波导功分器结构示意图。
[0031]图9是图7中的波导弯角结构示意图。
[0032]图10是实施例W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线的反射参数S
11
曲线。
[0033]图11是实施列W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线的E面辐射方向图。
[0034]图12是实施例W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线的H面辐射方向图。
[0035]图13是实施例W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线的增益和天线口径效率随频率变化图。
具体实施方式
[0036]如图1～3所示，一种W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，采用SIW阵列形式，包括：PCB板以及设置在PCB板上的馈电波导4，所述PCB板的上层为辐射缝隙层1，所述辐射缝隙层1为金属覆层，并在金属覆层蚀刻出若干个呈矩阵形式排布的辐射缝隙11作为阵列天线的辐射单元，沿辐射缝隙11延展方向作为行，在每行辐射缝隙两侧设置贯穿PCB板的金属通孔，构成SIW；PCB板的中间层为介质基板2；PCB 板的下层为耦合缝隙层3，所述耦合缝隙层为金属覆层，并在金属覆层蚀刻出多个耦合缝隙31将底部馈电波导4的能量耦合进每行SIW。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，其特征在于，包括PCB板以及设置在PCB板上的馈电波导，所述PCB板的上层为辐射缝隙层，所述辐射缝隙层为金属覆层，并在金属覆层蚀刻出若干个呈矩阵形式排布的辐射缝隙作为阵列天线的辐射单元，沿辐射缝隙延展方向作为行，在每行辐射缝隙两侧设置贯穿PCB板的金属通孔，构成SIW；PCB板的中间层为介质基板；PCB板的下层为耦合缝隙层，所述耦合缝隙层为金属覆层，并在金属覆层蚀刻出多个耦合缝隙将底部馈电波导的能量耦合进每行SIW。2.根据权利要求1所述的W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，其特征在于，所述馈电波导以耦合缝隙层作为其上波导壁。3.根据权利要求1所述的W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，其特征在于，所述馈电波导为金属腔体结构。4.根据权利要求1所述的W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，其特征在于，每行SIW的宽度相等，均等于耦合波导的波导波长。5.根据权利要求1所述的W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，其特征在于，天线阵面划分为4个关于阵面几何中心位置中心对称的区域，由馈电波导为每个区域进行馈电。6.根据权利要求1所述的W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐世山，赵俊杰，吴文，赵京川，孙光超，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：