基于印刷电路板间隙波导技术的毫米波结型开槽阵列天线制造技术

本申请提供了基于印刷电路板间隙波导技术的毫米波结型开槽阵列天线，由四个印刷电路板间隙波导天线阵元以1

Millimeter wave junction slotted array antenna based on PCB gap waveguide technology

【技术实现步骤摘要】
基于印刷电路板间隙波导技术的毫米波结型开槽阵列天线


[0001]本申请涉及无线通信领域，特别是基于印刷电路板间隙波导技术的毫米波结型开槽阵列天线。

技术介绍

[0002]毫米波频段（30
‑‑‑
300GHz）的阵列天线能够提供大带宽和高速数据传输的可能性。然而，与低频频带相比，毫米波的空气衰减和雨水损耗是比较大的，因此需要高增益和宽带的天线来减轻该频率范围内的空气和雨水的损耗。
[0003]传统的微带线在微波频段下能够满足低损耗的要求。在毫米波的频段下，微带线馈电网络会受到高的导电损耗和介质损耗的影响。矩形或空心波导在较高频率下具有较高的品质因数和较低的导体损耗，但是随着频率的增加，设计的复杂性也随之增加。侧壁变得非常难以制造，确保正确的电接触成为一个巨大的挑战。基板集成波导 (SIW) 是另一种很有前途的技术，可用于设计毫米波频率下的高效馈电网络，其电气特性类似于传统的矩形波导。最近，印刷电路板间隙波导技术由于其在毫米波段的低损耗而引起了很多关注。虽然印刷电路板间隙波导技术建立在印刷电路板技术之上，但因为电磁波在间隙的空气内传播，因此它只会产生微弱的介质损耗。世界上已经提出了各种基于印刷电路板间隙波导技术的定向天线阵列，具有改进带宽和高增益的特点。但是带宽和增益的改进效果并不明显，而且在毫米波频段基板集成波导的加工成本一般都很高，很难在量产化的工业产品中得到应用。
[0004]基于以上问题，有必要研发一款具有带宽、低旁瓣电平和高增益的基于印刷电路板间隙波导技术的毫米波结型开槽阵列天线，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]鉴于所述问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的基于印刷电路板间隙波导技术的毫米波结型开槽阵列天线，阵列天线由四个印刷电路板间隙波导天线阵元以1
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4阵列形式排列而成，所述印刷电路板间隙波导天线阵元包括：由下而上依次层叠设置的印刷电路板间隙波导层、结型槽辐射板层和凹槽结构板层；所述印刷电路板间隙波导层由周期性间隙波导单元格构成，所述周期性间隙波导单元格包括层叠设置的底层接地板和表面介质板，所述底层接地板上印制有若干个金属柱，所述表面介质板上印刷有微带线，所述微带线上设有T型脊；所述结型槽辐射板层上开设有结型槽，所述结型槽与所述T型脊的横端对应设置以形成结型辐射缝；所述凹槽结构板层包括凹槽喇叭孔，所述凹槽喇叭孔与所述结型槽对应设置，所述凹槽喇叭孔包括位于中心的结型开孔和位于所述结型开孔两侧的三层凹槽。
[0006]优选地，四个所述印刷电路板间隙波导天线阵元一体成型，所述阵列天线还包括功率分配器，所述功率分配器呈树枝形设置以形成四个馈电输送线结构，四个馈电输送线
结构分别与四个所述印刷电路板间隙波导天线阵元的所述微带线一一对应。
[0007]优选地，所述功率分配器包括第一功率分配器、第二功率分配器和第三功率分配器，所述第一功率分配器、所述第二功率分配器和所述第三功率分配器均为一分二馈电结构，所述第一功率分配器的两个馈电端口分别与所述第二功率分配器和所述第三功率分配器的输入端连接；所述第二功率分配器和所述第三功率分配器的四个馈电端口分别与四个所述印刷电路板间隙波导天线阵元连接。
[0008]优选地，三层所述凹槽的宽度沿与其垂直向上方向依次递增，以使形成三层阶梯形凹槽结构。
[0009]优选地，所述印刷电路板间隙波导层、所述结型槽辐射板层和所述凹槽结构板层的叠加厚度为4.5mm。
[0010]优选地，四个所述印刷电路板间隙波导天线阵元的单元间距为0.8倍的波长，其中，所述波长为30 GHz的自由空间波长。
[0011]优选地，所述周期性间隙波导单元格在Rogers RO4003印刷电路板上打印生产。
[0012]优选地，所述印刷电路板间隙波导层、所述结型槽辐射板层和所述凹槽结构板层均为矩形结构。
[0013]优选地，所述印刷电路板间隙波导层、所述结型槽辐射板层和所述凹槽结构板层的边缘均对应开设有多个螺钉孔，对应的所述螺钉孔内设有用于固定连接所述印刷电路板间隙波导层、所述结型槽辐射板层和所述凹槽结构板层的塑料螺钉。
[0014]优选地，所述印刷电路板间隙波导层还包括金属框架，所述金属框架上开设有矩形通孔，所述金属框架设于所述阵列天线的周侧。
[0015]本申请具有以下优点：在本申请的实施例中，通过由四个印刷电路板间隙波导天线阵元以1
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4阵列形式排列而成，所述印刷电路板间隙波导天线阵元包括：由下而上依次层叠设置的印刷电路板间隙波导层、结型槽辐射板层和凹槽结构板层；所述印刷电路板间隙波导层由周期性间隙波导单元格构成，所述周期性间隙波导单元格包括层叠设置的底层接地板和表面介质板，所述底层接地板上印制有若干个金属柱，所述表面介质板上印刷有微带线，所述微带线上设有T型脊；所述结型槽辐射板层上开设有结型槽，所述结型槽与所述T型脊的横端对应设置以形成结型辐射缝；所述凹槽结构板层包括凹槽喇叭孔，所述凹槽喇叭孔与所述结型槽对应设置，所述凹槽喇叭孔包括位于中心的结型开孔和位于所述结型开孔两侧的三层凹槽。通过带结型槽的T形脊来提高天线的匹配水平和阻抗带宽，通过在结型槽上设置凹槽喇叭孔，加载了三层凹槽以增强电场面和磁场面平面的旁瓣电平低于
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13 dB；本申请采用结型缝隙天线获得较宽的阻抗带宽，同时采用三层凹槽结构提供强大的机械支撑并提高增益，具有带宽、低旁瓣电平和高增益。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请的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他的附图。
[0017]图1是本申请一实施例提供的单排周期性间隙波导单元格原型结构示意图；图2是本申请一实施例提供的单排周期性间隙波导单元格的对应色散关系图；图3a是本申请一实施例提供的单排周期的印刷电路板间隙波导的传输线结构；图3b是本申请一实施例提供的单排周期的印刷电路板间隙波导相应的反射系数和传输系数；图4是本申请一实施例提供的基于印刷电路板间隙波导技术的毫米波结型开槽阵列天线的结构示意图；图5是本申请一实施例提供的天线阵元的结构示意图；图6a是本申请一实施例提供的1
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4 功率分配器的仿真布局；图6b是本申请一实施例提供的功率分配器的仿真S参数；图7是本申请一实施例提供的结型阵列天线的仿真模型俯视图；图8是本申请一实施例提供的结型阵列天线的反射系数和增益；图9a是本申请一实施例提供的结型阵列天线的仿真归一化辐射电场面平面方向图；图9b是本申请一实施例提供的结型阵列天线的仿真归一化辐射磁场面平面方向图；图10a是本申请一实施例提供的印刷电路板间隙波导的天线子阵的仿真反射系数；图10b是本申请一实施例提供的印刷电路板间隙波导的天线子阵的增益随频率的变化图；图10c是本申请一实施例提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于印刷电路板间隙波导技术的毫米波结型开槽阵列天线，其特征在于，阵列天线由四个印刷电路板间隙波导天线阵元以1
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4阵列形式排列而成，所述印刷电路板间隙波导天线阵元包括：由下而上依次层叠设置的印刷电路板间隙波导层、结型槽辐射板层和凹槽结构板层；所述印刷电路板间隙波导层由周期性间隙波导单元格构成，所述周期性间隙波导单元格包括层叠设置的底层接地板和表面介质板，所述底层接地板上印制有若干个金属柱，所述表面介质板上印刷有微带线，所述微带线上设有T型脊；所述结型槽辐射板层上开设有结型槽，所述结型槽与所述T型脊的横端对应设置以形成结型辐射缝；所述凹槽结构板层包括凹槽喇叭孔，所述凹槽喇叭孔与所述结型槽对应设置，所述凹槽喇叭孔包括位于中心的结型开孔和位于所述结型开孔两侧的三层凹槽。2.根据权利要求1所述的基于印刷电路板间隙波导技术的毫米波结型开槽阵列天线，其特征在于，四个所述印刷电路板间隙波导天线阵元一体成型，所述阵列天线还包括功率分配器，所述功率分配器呈树枝形设置以形成四个馈电输送线结构，四个馈电输送线结构分别与四个所述印刷电路板间隙波导天线阵元的所述微带线一一对应。3.根据权利要求2所述的基于印刷电路板间隙波导技术的毫米波结型开槽阵列天线，其特征在于，所述功率分配器包括第一功率分配器、第二功率分配器和第三功率分配器，所述第一功率分配器、所述第二功率分配器和所述第三功率分配器均为一分二馈电结构，所述第一功率分配器的两个馈电端口分别与所述第二功率分配器和所述第三功率分配器的输入端连接；所述第二功率分配器和所述第三功率分配器的四个馈电端口分别与四个所述印刷电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国胜，赵宗胜，蒋溱，
申请(专利权)人：盛纬伦深圳通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：