一种高增益窄波束微带阵列天线的结构与设计方法技术

本申请公开了一种高增益窄波束微带阵列天线的结构与设计方法，可应用于天线技术领域，包括：第一金属层、第二高频介质层以及第三金属层；第一金属层包括：天线阵列部分以及馈线传输部分；天线阵列部分由24列子阵列以及功率分配网络构成；馈线传输部分由依次连接的共面波导结构、第一匹配变换段、基片集成波导结构、第二匹配变换段以及微带结构构成；子阵列在俯仰面采用对称结构，通过功率分配网络合成，其合口是微带结构；共面波导结构直接与收发芯片连接。由此，根据预期波束宽度确定阵元数后，由切比雪夫加权系数调整阵元宽度，由泰勒分布加权系数调整四分之一波长阻抗变换线的宽度，并合理设计基片集成波导结构实现与天线阵列部分的匹配。线阵列部分的匹配。线阵列部分的匹配。

【技术实现步骤摘要】
一种高增益窄波束微带阵列天线的结构与设计方法


[0001]本申请涉及天线
，特别是涉及一种高增益窄波束微带阵列天线的结构与设计方法。

技术介绍

[0002]由于微波毫米波集成技术的发展和空间技术对低剖面天线的迫切需求，微带天线引起了人们极大的兴趣，并逐渐成为了天线领域中一个专门的分支。
[0003]微带天线与普通天线相比具有低剖面、体积小、重量轻、易共形、适合大量生产以及易于与有源器件集成等特点。其中毫米波微带天线在当今无线电频谱越来越拥挤且低频段趋于饱和的环境下，能够进一步地提高无线通信的传输速率和雷达的分辨率，从而成为了研究重点。现有的毫米波微带天线一般具有增益不高、方向性不强的缺点。
[0004]因此，如何提高毫米波微带天线的增益及方向性，是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]基于上述问题，本申请提供了一种高增益窄波束微带阵列天线的结构与设计方法，根据预期波束宽度和增益确定阵元数后，由切比雪夫加权系数调整阵元宽度，由泰勒分布加权系数调整横向主馈线上四分之一波长阻抗变换线的宽度，并合理优化设计基片集成波导结构实现与天线阵列部分的匹配，提高了毫米波微带天线的增益及方向性。
[0006]第一方面，本申请提供了一种高增益窄波束微带阵列天线的结构，包括：第一金属层、第二高频介质层以及第三金属层；所述第一金属层包括：天线阵列部分以及馈线传输部分；所述天线阵列部分由24列子阵列以及功率分配网络构成；所述馈线传输部分由依次连接的共面波导结构、第一匹配变换段、基片集成波导结构、第二匹配变换段以及微带结构构成；所述子阵列在俯仰面采用对称结构，并通过所述功率分配网络合成，其合成端口为所述微带结构；所述共面波导结构直接与收发芯片连接。
[0007]可选的，所述子阵列包括：8个阵元以及次馈线；所述阵元的长度为0.5个介质波导波长；两个所述阵元之间通过长度为0.5个介质波导波长的所述次馈线串联。
[0008]可选的，所述高增益窄波束微带阵列天线的俯仰面的副瓣电平为
‑
20 dB。
[0009]可选的，所述功率分配网络包括：横向主馈线、四分之一波长阻抗变换线和1分2合路器；所述四分之一波长阻抗变换线位于所述横向主馈线与所述子阵列相交连接处，调整所述四分之一波长阻抗变换线的宽度，可实现泰勒分布加权的功率分配。
[0010]可选的，所述高增益窄波束微带阵列天线的方位面的副瓣电平为
‑
25 dB。
[0011]可选的，所述第一匹配变换段包括：共面波导与基片集成波导匹配变换段；所述共面波导与基片集成波导匹配变换段，用于连接所述共面波导结构和所述基片集成波导结构，实现此处的阻抗匹配。
[0012]可选的，所述第二匹配变换段包括：基片集成波导与微带传输线匹配变换段；所述基片集成波导与微带传输线匹配变换段，用于连接所述基片集成波导结构和所述微带结构，实现此处的阻抗匹配。
[0013]可选的，所述第一金属层还包括：金属化过孔；所述金属化过孔，用于连接所述第一金属层与所述第三金属层。
[0014]可选的，所述高增益窄波束微带阵列天线的H面半功率波束宽度为3.7度。
[0015]可选的，所述高增益窄波束微带阵列天线的E面半功率波束宽度为14度。
[0016]第二方面，本申请提供了一种高增益窄波束微带阵列天线的设计方法，包括：根据预期半功率波束宽度确定天线阵列部分的子阵列数量以及子阵列中阵元的数量；根据预期副瓣电平和带宽确定采用切比雪夫分布和泰勒分布结合的方式；根据切比雪夫加权的方式确定所述阵元的宽度；根据泰勒分布加权的方式确定功率分配网络的四分之一波长阻抗变换线的宽度；根据频率和阻抗匹配原理确定馈线传输部分的基片集成波导结构的形状和尺寸；根据最小损耗理论和结构需求确定共面波导结构的形状和尺寸；将所述天线阵列部分与所述馈线传输部分连接构成第一金属层的图案；将所述第一金属层、第二高频介质层以及第三金属层，利用表面处理工艺进行处理，实现高增益窄波束微带阵列天线的设计。
[0017]从以上技术方案可以看出，相较于现有技术，本申请具有以下优点：本申请提供的一种高增益窄波束微带阵列天线的结构包括：第一金属层、第二高频介质层以及第三金属层；第一金属层包括：天线阵列部分以及馈线传输部分；天线阵列部分由24列子阵列以及功率分配网络构成；馈线传输部分由依次连接的共面波导结构、第一匹配变换段、基片集成波导结构、第二匹配变换段以及微带结构构成；子阵列在俯仰面采用对称结构，通过功率分配网络合成，其合口是微带结构；共面波导结构直接与收发芯片连接。由此，根据预期波束宽度和增益确定阵元数后，由切比雪夫加权系数调整阵元宽度，由泰勒分布加权系数调整横向主馈线上四分之一波长阻抗变换线的宽度，并合理优化设计基片集成波导结构实现与天线阵列部分的匹配，提高了毫米波微带天线的增益及方向性。
附图说明
[0018]图1为本申请提供的一种高增益窄波束微带阵列天线的结构示意图；图2为本申请提供的一种第一金属层的结构示意图；图3为本申请提供的一种馈线传输部分的结构示意图；图4为本申请提供的一种功率分配网络的结构示意图；图5为本申请提供的一种反射系数仿真示意图；图6为本申请提供的一种方向仿真示意图。
具体实施方式
[0019]正如前文所述，现有的毫米波微带天线一般具有增益不高、方向性不强的缺点。具体来说，副瓣电平是天线的一项重要指标，在雷达技术中，为了提高天线的抗干扰和反地面杂波的性能，要求副瓣电平尽量低。在很多实际应用场景下，往往需要低副瓣电平、窄波束、高増益等特性的天线。传统设计的微带天线通常增益不高且方向性较差，因此不能进行使用。
[0020]为解决上述问题，本申请提供了一种高增益窄波束微带阵列天线的结构，包括：第一金属层、第二高频介质层以及第三金属层；第一金属层包括：天线阵列部分以及馈线传输部分；天线阵列部分由24列子阵列以及功率分配网络构成；馈线传输部分由依次连接的共面波导结构、第一匹配变换段、基片集成波导结构、第二匹配变换段以及微带结构构成；子阵列在俯仰面采用对称结构，通过功率分配网络合成，其合口是微带结构；共面波导结构直接与收发芯片连接。
[0021]如此，通过对微带天线进行阵列设计，根据预期波束宽度和增益确定阵元数后，由切比雪夫加权系数调整阵元宽度，由泰勒分布加权系数调整横向主馈线上四分之一波长阻抗变换线的宽度，并合理优化设计基片集成波导结构实现与天线阵列部分的匹配，提高了毫米波微带天线的增益及方向性。
[0022]需要说明的是，本申请提供的一种高增益窄波束微带阵列天线的结构与设计方法可应用于天线
上述仅为示例，并不对本申请提供的一种高增益窄波束微带阵列天线的结构与设计方法的应用领域进行限定。
[0023]为了使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高增益窄波束微带阵列天线的结构，其特征在于，包括：第一金属层、第二高频介质层以及第三金属层；所述第一金属层包括：天线阵列部分以及馈线传输部分；所述天线阵列部分由24列子阵列以及功率分配网络构成；所述馈线传输部分由依次连接的共面波导结构、第一匹配变换段、基片集成波导结构、第二匹配变换段以及微带结构构成；所述子阵列在俯仰面采用对称结构，并通过所述功率分配网络合成，其合成端口为所述微带结构；所述共面波导结构直接与收发芯片连接。2.根据权利要求1所述的一种高增益窄波束微带阵列天线的结构，其特征在于，所述子阵列包括：8个阵元以及次馈线；所述阵元的长度为0.5个介质波导波长；两个所述阵元之间通过长度为0.5个介质波导波长的所述次馈线串联。3.根据权利要求1所述的一种高增益窄波束微带阵列天线的结构，其特征在于，所述高增益窄波束微带阵列天线的俯仰面的副瓣电平为
‑
20 dB。4.根据权利要求1所述的一种高增益窄波束微带阵列天线的结构，其特征在于，所述功率分配网络包括：横向主馈线、四分之一波长阻抗变换线和1分2合路器；所述四分之一波长阻抗变换线位于所述横向主馈线与所述子阵列相交连接处，调整所述四分之一波长阻抗变换线的宽度，可实现泰勒分布加权的功率分配。5.根据权利要求1所述的一种高增益窄波束微带阵列天线的结构，其特征在于，所述高增益窄波束微带阵列天线的方位面的副瓣电平为
‑
25 dB。6.根据权利要求1所述的一种高增益窄波束微带阵列天线的结构，其特征在于，所述第一匹配变换段包括：共面波导与基片集成波导匹配变换段；所述共面波导与基片集成...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴亮，陶征，王鹏立，
申请(专利权)人：南京慧尔视智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：