一种具备二维扫描能力的长缝阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种具备二维扫描能力的长缝阵列天线，基于平行平板波导结构，所述平行平板波导结构包括上下两层金属层和金属层之间的单层介质构成的传输结构，上层金属层设有一维辐射长缝阵列，天线馈电端口包括一组一维波导馈电端口阵列，所述一维波导馈电端口阵列与馈电电路相连，电磁波自天线馈电端口馈入后，在两层金属层之间的介质层传播，并通过一维辐射长缝阵列向自由空间辐射。本发明专利技术通过馈电相位和频率的调整，实现具备连续扫描能力的高集成度、高可靠性、低成本。低成本。低成本。

A long slot array antenna with two-dimensional scanning ability

【技术实现步骤摘要】
一种具备二维扫描能力的长缝阵列天线


[0001]本专利技术涉及天线与微波技术，特别是一种具备二维扫描能力的长缝阵列天线。

技术介绍

[0002]毫米波高频段，如E波段、W波段由于其可以利用频谱范围宽、较易实现窄波束、具备全天候工作能力、易于小型化和集成等诸多优势，一直以来受到通信和探测领域的广泛关注。近年来，随着相应的微波器件和工艺的进步，毫米波高频段的应用逐渐具备落地的条件，具有及其广阔的应用前景。
[0003]毫米波高频段由于上述固有的特点，非常适合通过窄波束扫描，实现点对点通信、高分辨率探测和成像等应用。传统的二维扫描天线，通常通过二维多通道馈电的天线阵列实现。出于避免栅瓣的考虑，单元间距被严格限制，特别是在波长很短的毫米波高频段，可用面积非常有限。这对天线系统的器件、加工、散热提出了巨大的考验，同时也会造成成本的大幅增长和可靠性、可维修性的下降。在当前的工艺水平下，寻找替代方案实现窄波束二维电扫描，成为亟待解决的技术问题。
[0004]以波导缝隙阵列天线为代表的一类漏波天线，具备随频率变化改变扫描角方向的一维频扫特性，仅需单一端口即可实现一维扫描功能。如何通过馈电方式的调整，结合天线已有的一维扫描问题，达到以较少的端口数获得具备二维扫描的天线，是十分具有应用意义的问题。

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通过馈电相位和频率的调整，实现具备连续扫描能力的高集成度、高可靠性、低成本的具备二维扫描能力的长缝阵列天线。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
[0007]一种具备二维扫描能力的长缝阵列天线，基于平行平板波导结构，所述平行平板波导结构包括上下两层金属层和金属层之间的单层介质构成的传输结构，上层金属层设有一维辐射长缝阵列，天线馈电端口包括一组一维波导馈电端口阵列，所述一维波导馈电端口阵列与馈电电路相连，电磁波自天线馈电端口馈入后，在两层金属层之间的介质层传播，并通过一维辐射长缝阵列向自由空间辐射。
[0008]所述金属层之间的单层介质两侧设有金属化侧壁或金属通孔阵列。
[0009]一维波导馈电端口阵列馈入的电磁波在平行金属层之间的介质层传播，通过改变一维波导馈电端口阵列各个波导单元馈电的幅度和相位，实现介质内电磁波传播方向和波前可电调。
[0010]当一维波导馈电端口阵列的各端口所馈入的电磁波幅度、相位均相同时，电磁波在介质中的传播方向与缝隙方向相垂直，形成较宽的平面波前，对于任意一条长缝，在较宽的范围内获得相位相同的激励，相邻长缝之间则存在因延时产生的相差，由于电磁波在介质层与自由空间中传播存在波速差异，各缝隙在空间合成时形成的窄波束的指向会随电磁
波的频率而改变。
[0011]当一维波导馈电端口阵列的各端口馈入的电磁波幅度一致，相邻端口之间的相位差相同时，电磁波在介质中的传播方向会发生偏移，导致平面波前与缝隙存在角度，所述角度会导致单一缝隙上的激励相位存在变化，使单个缝隙的辐射方向在zOx平面内发生偏移，导致整个天线的指向角偏移的平面，通过改变相位差，实现一个维度的扫描能力，与频扫结合，获得二维扫描能力。
[0012]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：本专利技术利用一维波导口阵列各端口馈电相位的差异，配合漏波天线的频扫特性，实现连续的波束二维扫描功能。相较于传统的二维全有源相控阵在毫米波高频段面临结构复杂、技术不成熟、散热困难、成本较高等挑战，本方案仅使用较少的通道数即可实现具有二维扫描功能的笔形波束，具有剖面低、结构简单、易于加工、可靠性高、成本较低等独特的优势，有利于毫米波高频段天线系统的工程应用。
附图说明
[0013]图1为本专利技术所提出的长缝阵列天线示意图。
[0014]图2为本专利技术实施例中，当馈入天线的电磁波传播方向时天线介质基板内的场分布仿真结果示意图。
[0015]图3为本专利技术实施例中，当馈入天线的电磁波传播方向时天线介质基板内的场分布仿真结果示意图。
[0016]图4为本专利技术实施例中，当馈入天线的电磁波传播方向时天线介质基板内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长缝阵列天线的二维扫描角仿真结果。
[0018]图中：1
‑
馈电结构基板(含介质层及上下两层金属)2
‑
一维波导馈电端口阵列3
‑
一维辐射长缝阵列。
具体实施方式
[0019]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。
[0020]一种具备二维扫描能力的长缝阵列天线，基于平行平板波导结构，所述平行平板波导结构包括上下两层金属层和金属层之间的单层介质构成的传输结构，上层金属层设有一维辐射长缝阵列，天线馈电端口包括一组一维波导馈电端口阵列，所述一维波导馈电端口阵列与馈电电路相连，电磁波自天线馈电端口馈入后，在两层金属层之间的介质层传播，并通过一维辐射长缝阵列向自由空间辐射。
[0021]所述金属层之间的单层介质两侧设有金属化侧壁或金属通孔阵列。
[0022]一维波导馈电端口阵列馈入的电磁波在平行金属层之间的介质层传播，通过改变一维波导馈电端口阵列各个波导单元馈电的幅度和相位，实现介质内电磁波传播方向和波前可电调。
[0023]当一维波导馈电端口阵列的各端口所馈入的电磁波幅度、相位均相同时，电磁波在介质中的传播方向与缝隙方向相垂直，形成较宽的平面波前，对于任意一条长缝，在较宽的范围内获得相位相同的激励，相邻长缝之间则存在因延时产生的相差，由于电磁波在介质层与自由空间中传播存在波速差异，各缝隙在空间合成时形成的窄波束的指向会随电磁
波的频率而改变。即图1中，指向角满足，随频率变化的频扫特性。
[0024]当一维波导馈电端口阵列的各端口馈入的电磁波幅度一致，相邻端口之间的相位差相同时，电磁波在介质中的传播方向会发生偏移，导致平面波前与缝隙存在角度，所述角度会导致单一缝隙上的激励相位存在变化，使单个缝隙的辐射方向在zOx平面内发生偏移，导致整个天线的指向角偏移的平面，通过改变相位差，实现一个维度的扫描能力，与频扫结合，获得二维扫描能力。从而达到采用较少馈电端口实现二维窄波束扫描的专利技术目的。
[0025]在平行平板波导较宽的范围内保持较高的电磁波传播幅度，使每一条长缝的有效辐射长度较长。同时对每一条长缝的宽度进行调整，使每条缝隙的辐射能量相近。当介质层中电磁波通过长缝辐射到空间中，由于长缝的有效辐射长度较长，且较多的缝隙处于幅度相近的激励状态，辐射波束在空间中具有笔形辐射方向图。
[0026]通过改变介质层内的电磁波波前和传播方向，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连续扫描功能。
[0027]实施例1
[0028]图1为本专利技术所提出的长缝阵列天线示意图，该结构基于平行平板波导结构1，由上下两层金属及中间的介质层构成，其中上层金属包含一组长缝阵列2。注意由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备二维扫描能力的长缝阵列天线，其特征在于基于平行平板波导结构，所述平行平板波导结构包括上下两层金属层和金属层之间的单层介质构成的传输结构，上层金属层设有一维辐射长缝阵列，天线馈电端口包括一组一维波导馈电端口阵列，所述一维波导馈电端口阵列与馈电电路相连，电磁波自天线馈电端口馈入后，在两层金属层之间的介质层传播，并通过一维辐射长缝阵列向自由空间辐射。2.根据权利要求1所述的一种具备二维扫描能力的长缝阵列天线，其特征在于：所述金属层之间的单层介质两侧设有金属化侧壁或金属通孔阵列。3.根据权利要求1或2所述的一种具备二维扫描能力的长缝阵列天线，其特征在于：一维波导馈电端口阵列馈入的电磁波在平行金属层之间的介质层传播，通过改变一维波导馈电端口阵列各个波导单元馈电的幅度和相位，实现介质内电磁波传播方向和波前可电调。4.根据权利要求1或2所述的一种具备二维扫描能力的长缝阵列天线，其特征在于：当一维...

【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：