一种基于可变波前的新型宽波导馈电结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于可变波前的新型宽波导馈电结构，由基于具备平行的两层导体平面构成的传输结构，电磁波在两层导体之间传播，整个馈电网络结构由波导阵列端口、椭圆形反射面和漏波缝隙阵列辐射区域构成。整个馈电网络通过波导阵列端口与整个系统电路部分相连，波导端口的相位中心位于椭圆形反射面的一个焦点上，辐射区域的相位中心位于椭圆形反射面的另一个焦点上。本发明专利技术能够改变馈电电磁波的传播方向与波前，同时维持相位中心的相对稳定。从而在结合缝隙阵列使用时，使天线具备连续扫描能力的高集成度、高可靠性的毫米波高频段二维扫描能力。维扫描能力。维扫描能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可变波前的新型宽波导馈电结构


[0001]本专利技术涉及天线与微波技术，特别是一种基于可变波前的新型宽波导馈电结构。

技术介绍

[0002]近年来，随着传统低频带资源的逐渐紧张，对更高频段的开发应用已经成为迫切的需要。其中毫米波高频段，如E波段、W波段等，由于其具有较宽的可利用频谱范围、更易实现窄波束、具备全天候工作能力和良好的设备小型化潜力优势，不论在通信还是探测领域都具备及其广阔的应用前景。
[0003]作为毫米波高频段应用中的重要组成部分，很多应用场景都对天线系统的性能，如增益、小型化、指向性和扫描能力等，提出了较高的要求。然而当面向毫米波高频段应用时，天线系统面临在器件、加工工艺及成本上的诸多限制和挑战。特别是对于高指向性的二维扫描应用需求，如点对点通信、分辨率雷达等领域，传统方案多采用没有扫描能力的宽波束天线作为单元组阵，如微带天线、Vivaldi天线等，并通过二维多通道馈电，实现相控扫描。然而当面向毫米波高频段的应用时，出于避免栅瓣出现的需求，天线单元间隔很小，且毫米波高频段存在加工精度要求高和损耗大的挑战，因此两维馈电面临结构复杂、散热困难、可靠性和可维修性差、技术不成熟、成本较高等劣势，直接影响天线系统的性能、可靠性和使用寿命。
[0004]以波导缝隙天线为代表的漏波天线，可以通过调整工作频率获得一维频扫能力。按照理论可知，如果改变馈电电磁波的传播方向，使其与缝隙存在一定的夹角，可以提供另一个维度的扫描能力。因此，对于一组缝隙阵列，如何设计馈电结构，针对漏波天线的特性，能够改变馈电电磁波的波前和传播方向，同时维持相位中心的相对稳定，成为需要解决的技术难题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种能够改变馈电电磁波的传播方向与波前，同时维持相位中心的相对稳定。从而在结合缝隙阵列使用时，使天线具备连续扫描能力的高集成度、高可靠性的毫米波高频段二维扫描能力的基于可变波前的新型宽波导馈电结构。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
[0007]一种基于可变波前的新型宽波导馈电结构，包括基于平行平板波导结构、一个椭圆形的反射面以及位于椭圆形一个焦点的波导端口阵列和漏波辐射阵列，所述基于平行平板波导结构由上下两面金属及中间的介质层构成，电磁波在两层金属之间的介质层传播，所述漏波辐射阵列的相位中心位于椭圆形的另一个焦点处。
[0008]所述电磁波由波导端口阵列馈入，经椭圆形的反射面反射，传播至椭圆形的另一焦点处，并经过漏波辐射阵列辐射至自用空间。
[0009]通过改变自波导口馈入的电磁波的传播方向，在经过椭圆形的反射面反射后，实
现改变传播至漏波辐射阵列的波前与传播方向的功能。
[0010]通过改变传播至漏波辐射阵列的电磁波传播方向，实现波束扫描功能；并通过与漏波天线的频扫功能相结合，实现通过较少端口实现低成本二维波束扫描功能。
[0011]所述基于平行平板波导结构采用的基材为0.508mm厚的罗杰斯3003基板，馈电阵列为四端口的波导端口阵列，相邻端口间距为1.5mm，所述漏波辐射阵列采用的是13条平行的横向长缝阵列。
[0012]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：本专利技术通过一维波导阵列，可实现在较宽的平行平板波导内实现电磁波平面波前可变的目标。该结构与长缝阵列天线组合，可实现通常需要二维馈电实现的波束二维扫描功能，简化二维扫描天线阵的结构并降低成本。特别是当面对毫米波高频段等应用场景时，由于允许的天线单元间隔很小，且毫米波存在加工精度要求高和损耗大的挑战，因此两维馈电的全有源阵面方案面临结构复杂、散热困难、可靠性和可维修性差、技术不成熟、成本较高等诸多劣势，直接影响天线系统在实际工程应用中的使用性能。本专利通过提供一种具备可变波前的馈电结构，配合漏波天线的频扫特性，使用较少的通道，在保持相位中心相对稳定的前提下，实现天线的二维扫描功能，有利于天线系统的轻薄化、高可靠性和低成本。
附图说明
[0013]图1为本专利技术所提出的馈电结构包含漏波天线的示意图。
[0014]图2为本专利技术所提出的馈电结构在端口阵列相位变化的情况下电磁波传播路径的示意图。
[0015]图3为本专利技术实施例中提供的一种馈电结构，当馈电方向θ
f
＝
‑
20
°
时的场分布仿真结果示意图。
[0016]图4为本专利技术实施例中提供的一种馈电结构，当馈电方向θ
f
＝0
°
时的场分布仿真结果示意图。
[0017]图5为本专利技术实施例中提供的一种馈电结构，当馈电方向θ
f
＝20
°
时的场分布仿真结果示意图。
[0018]图6为本专利技术实施例中提供的一种包含新型馈电结构的漏波阵列天线。
[0019]图7为本专利技术实施例中提供的漏波阵列天线的扫描角仿真结果。
[0020]图中：1
‑
馈电结构基板 2
‑
波导端口阵列 3
‑
椭圆形反射面 4
‑
漏波辐射阵列。
具体实施方式
[0021]下面结合说明书附图和具体的实施例，对本专利技术作详细描述。
[0022]本专利技术达到在两层平行金属板内部改变电磁波的波前和传播方向，从而实现漏波缝隙阵列的二维扫描特性，其基本原理如下所示。
[0023]该方法由基于具备平行的两层导体平面构成的传输结构，电磁波在两层导体之间传播，如宽波导、基片集成波导(SIW)等。整个馈电网络结构由波导阵列端口、椭圆形反射面和漏波缝隙阵列辐射区域构成。整个馈电网络通过波导阵列端口与整个系统电路部分相连，波导端口的相位中心位于椭圆形反射面的一个焦点上，辐射区域的相位中心位于椭圆形反射面的另一个焦点上。通过改变不同端口的馈电幅度与相位，改变电磁波在两层导体
之前的传播方向，从而改变电磁波在椭圆形反射面上的位置。根据椭圆的反射规律，经椭圆面反射后的电磁波将通过椭圆面的另一个焦点，即辐射区域的相位中心，但传播方向将随着椭圆面上反射位置的差别而改变。馈电结构配合已经具备一维频扫能力的缝隙阵列天线，改变馈入的电磁波方向引入了另一维的扫描能力，从而使缝隙阵列天线实现二维扫描功能。
[0024]实施例1
[0025]参照图1，图1是本专利技术所提出的馈电结构示意图，该结构基于平行平板波导结构1，由上下两面金属及中间的介质层构成，电磁波在两层金属之间的介质层传播。该结构包含一组波导端口阵列2，一组椭圆形反射面3，以及漏波辐射阵列4构成。波导端口阵列2与馈电电路相连。波导端口阵列2位于椭圆形反射面3的一个焦点附近，以工作在辐射状态为例，电磁波自波导端口阵列2馈入馈电结构，当阵列各波导口馈电的幅度和相位发生改变时，电磁波在介质层1内的传播方向会发生改变，同时改变在反射面3上的反射位置。反射面3可通过金属结构、金属化介质表面或者金属通孔阵列等工艺方法实现。当电磁波经反射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可变波前的新型宽波导馈电结构，其特征在于包括基于平行平板波导结构、一个椭圆形的反射面以及位于椭圆形一个焦点的波导端口阵列和漏波辐射阵列，所述基于平行平板波导结构由上下两面金属及中间的介质层构成，电磁波在两层金属之间的介质层传播，所述漏波辐射阵列的相位中心位于椭圆形的另一个焦点处。2.根据权利要求1所述的一种基于可变波前的漏波阵列天线馈电结构，其特征在于：所述电磁波由波导端口阵列馈入，经椭圆形的反射面反射，传播至椭圆形的另一焦点处，并经过漏波辐射阵列辐射至自用空间。3.根据权利要求1所述的一种基于可变波前的漏波阵列天线馈电结构，其特征在于：通过改变自波导口馈入的电磁波的传播方向，在经...

【专利技术属性】
技术研发人员：马天野，张金平，邓晔，李斌，胡啸，刘英，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：