一种毫米波高效率缝隙天线子阵及相控阵天线制造技术

本发明专利技术公开了一种毫米波高效率缝隙天线子阵及相控阵天线，由下至上包括堆叠设置的若干介质基板，所述第一层介质基板的上表面设置下金属地板，所述第三层介质基板的上下表面设置馈电线，所述馈电线相互连接形成双面馈电线，所述第二层介质基板及第四层介质基板分别设置下空气腔及上空气腔，所述第五层介质基板下表面设置上金属地板，所述上金属地板设置辐射缝隙。本发明专利技术在实现高效率的同时具备拓展成高效率宽角扫描相控阵天线的能力，所拓展的相控阵天线结构简单，剖面低，易于与毫米波无线能量传输系统的平面电路集成。能量传输系统的平面电路集成。能量传输系统的平面电路集成。

A millimeter wave high efficiency slot antenna subarray and phased array antenna

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波高效率缝隙天线子阵及相控阵天线


[0001]本专利技术涉及无线能量传输领域，具体涉及一种毫米波高效率缝隙天线子阵及相控阵天线。

技术介绍

[0002]近年来，无人机在军民领域得到了越来越广泛的应用，但无人机的续航能力有限，限制了无人机的应用。无线能量传输作为一种新型的能量传输方式，可以为无人机的无限续航提供可能，是弥补无人机续航能力差的关键技术。而发射天线作为无线能量传输系统的重要组成部分，其辐射效率的高低直接影响了整个无线能量传输系统的性能。
[0003]在无线能量传输系统中，一般采用微波来传输能量，但由于毫米波具有更窄的波束，因此，采用毫米波来传输能量，可以使得能量更集中，能量的利用率更高，不会因为能量辐射过于发散而导致辐射能量的浪费。而无人机的飞行轨迹不固定且飞行区域范围较大，因此，无线能量传输系统对发射天线的要求较高，除了需要在毫米波频段具备较高的辐射效率外，还应具备宽角扫描的能力。同时考虑到毫米波电路的平面化、小型化等特点，发射天线应易于与无线能量传输系统的平面电路集成。现有的高效率天线仅能满足单一或部分性能需求，无法同时满足无线能量传输系统对发射天线的要求。因此，如何设计一种具有高效率且具备扫描功能的毫米波高效率相控阵天线是人们一直关注的焦点。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供一种毫米波高效率缝隙天线子阵及相控阵天线。基于该子阵所设计的相控阵天线可兼具高效率和宽角扫描性能，且易于与平面电路集成。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种毫米波高效率缝隙天线子阵，包括：若干介质基板、上金属地板、下金属地板、双面馈电线、上空气腔、下空气腔、若干辐射缝隙；
[0007]其中，
[0008]若干介质基板依次堆叠，在第一层介质基板的上表面设置下金属地板，在第二层介质基板设置下空气腔，在第三层介质基板的上下表面设置馈电线，所述双面馈电线相互连接形成双面馈电线，在第四层介质基板设置上空气腔，所述第五层介质基板下表面设置上金属地板，并在所述第五层介质基板的上金属地板上设置辐射缝隙。
[0009]优选地，所述辐射缝隙的数量为多个，呈1*N阵列排布，各个相邻的辐射缝隙间距相等。
[0010]优选地，所述馈电线的初始端设置平面过渡结构与馈源连接，其末端设置为开路。
[0011]优选地，按照信号流向，最后一个辐射缝隙与馈电线末端距离为第一预设距离，使最后一个辐射缝隙的入射相位和反射相位同相叠加以增强辐射。
[0012]优选地，所述辐射缝隙的长度为第一预设长度，呈阵列排布的辐射缝隙与馈电线
相互垂直。
[0013]优选地，相邻辐射缝隙之间的距离为第二预设距离。
[0014]优选地，所述上空气腔及下空气腔均是在介质基板设置挖空部分，并在挖空部分周围设置金属化过孔构成。
[0015]优选地，所述平面过渡结构包括接地共面波导、带状线、DSISL(double
‑
side substrate integrated suspended line)传输线及金属柱。
[0016]优选地，双面馈电线通过金属化过孔连接。
[0017]一种相控阵天线，包括多个呈阵列排布的所述的毫米波高效率缝隙天线子阵。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]由上述介绍的技术方案可知，本专利技术可以利用若干介质基板、上下金属地板、双面馈电线、上下空气腔组成一个可以传输信号或能量的DSISL传输线，并且可以直接在所述DSISL传输线上设置若干辐射缝隙4来辐射信号或能量。所述DSISL传输线是一种多层介质基板结构的低损耗传输线，与传统金属波导悬置线相比，所述DSISL传输线具有结构简单、平面集成度高、成本低、重量轻和易加工等优点。除此之外，相比于传统的SISL(substrate integrated suspended line)馈电线仅印刷于介质基板的其中一面，本专利技术的DSISL传输线由于馈电线印刷于介质基板上下表面，并通过金属化过孔相互连接而具有更低的传输损耗，可有助于提升天线子阵辐射效率。
[0020]此外，本专利技术直接在DSISL传输线的上层金属地板上蚀刻辐射缝隙来设计天线子阵，无需额外馈电结构即可实现各辐射缝隙的串联馈电。与传统天线子阵相比，本专利技术的天线子阵没有引入馈电网络，可以有效避免了由于馈电网络带来的网络损耗，因此本专利技术的天线子阵相比传统天线子阵具有更低的损耗，所以辐射效率更高。此外，由于DSISL传输线的主模是TEM(transverse electromagnetic)模，因此，DSISL的宽度不会因为需要考虑截止波长而受到限制，宽度可以做得更窄，基于更窄天线子阵设计的相控阵天线具备更宽的扫描角度。
[0021]总结起来，本专利技术利用了DSISL的低损耗特性，同时在DSISL基础上直接开缝避免了馈电网络带来的网络损耗，因此，本专利技术的天线子阵相比传统天线子阵由于损耗更低而具备更高的效率。在实现高效率的同时，由于DSISL的模式使得所设计的天线子阵宽度较窄，基于窄宽度天线子阵所设计的相控阵天线会具有更宽的扫描角度。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0023]图1是本专利技术示例的一种毫米波高效率缝隙天线子阵的三维结构示意图；
[0024]图2是本专利技术示例的一种毫米波高效率缝隙天线子阵的侧视图；
[0025]图3是本专利技术示例的一种毫米波高效率缝隙天线子阵的平面过渡结构示意图；
[0026]图4是本专利技术示例的一种毫米波高效率缝隙天线子阵各部分结构标注示意图；
[0027]图5(a)及图5(b)分别是本专利技术示例的一种毫米波高效率缝隙天线子阵的双面馈
电线的下表面、上表面结构示意图；
[0028]图6是本专利技术示例的一种毫米波高效率相控阵天线的三维结构示意图；
[0029]图7是本专利技术示例的一种毫米波高效率相控阵天线的侧视图；
[0030]图8是本专利技术示例的一种毫米波高效率相控阵天线的三维结构的尺寸标注示意图；
[0031]图9是本专利技术示例的一种毫米波高效率缝隙天线子阵的|S
11
|和增益仿真结果示意图；
[0032]图10是本专利技术示例的一种毫米波高效率缝隙天线子阵的辐射效率仿真结果示意图；
[0033]图11是本专利技术示例的一种毫米波高效率缝隙天线子阵在频率f＝24GHz时E面(xoz面)和H面(yoz面)的仿真方向图；
[0034]图12是本专利技术示例的一种毫米波高效率相控阵天线的S参数仿真结果示意图；
[0035]图13是本专利技术示例的一种毫米波高效率相控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米波高效率缝隙天线子阵，其特征在于，包括：若干介质基板、上金属地板、下金属地板、双面馈电线、上空气腔、下空气腔、若干辐射缝隙；其中，若干介质基板依次堆叠，在第一层介质基板的上表面设置下金属地板，在第二层介质基板设置下空气腔，在第三层介质基板的上下表面设置馈电线，所述双面馈电线相互连接形成双面馈电线，在第四层介质基板设置上空气腔，所述第五层介质基板下表面设置上金属地板，并在所述第五层介质基板的上金属地板上设置辐射缝隙。2.根据权利要求1所述的毫米波高效率缝隙天线子阵，其特征在于，所述辐射缝隙呈1*N阵列排布，各个相邻的辐射缝隙间距相等。3.根据权利要求1所述的毫米波高效率缝隙天线子阵，其特征在于，所述馈电线的初始端设置平面过渡结构与馈源连接，其末端设置为开路。4.根据权利要求1所述的毫米波高效率缝隙天线子阵，其特征在于，按照信号流向，最后一个辐射缝隙与馈电线末端距离为第一预设距离，使最后一个辐射缝隙的入射相...

【专利技术属性】
技术研发人员：车文荃，罗涛，杨琬琛，薛泉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：