【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子通信技术的天线领域，具体涉及基于u型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线。
技术介绍
1、天线是无线系统必不可少的器件，而扫描相控阵天线是一种重要的天线类型。相控阵可根据需要，改变高增益波束方向或形成特定波束形状，对毫米波通信(包括5g/6g)、雷达、成像和探测等系统都有重要价值。根据波束扫描的维度，相控阵分为一维和二维扫描。尽管仅能实现单方向扫描，但所需相位/幅度控制通道数少、成本更低，因此一维扫描相控阵更适合大多数微波毫米波无线应用，例如5g/6g毫米波终端和小基站、车载毫米波雷达。
2、现有的相控阵天线研究采用不同的频段、不同的实现方式呈现。实现方式有波导缝隙阵、微带贴片、磁电偶极子等形式。y.wen等在《wide-beam siw-slot antenna forwide-angle scanning phased array,in ieee antennas and wireless propagationletters,vol.15,pp.1638-1641,2016,doi:10.1109/lawp.2016.2519938》中提出了一种宽角度扫描的基片集成波导缝隙天线，在5.4-6.5ghz频段设计了一个8*4的缝隙阵，3db滚降扫描角为±71°，但这种设计集成度较差，“倾斜缝隙”对波束宽度要求较高，导致无法应用到高介电常数介质材料上，且天线扫描的对称性较差。h.yang等在《a wide beam antennafor wide-angle scanning linear p
3、现有的对基片集成脊波导缝隙阵列天线的研究大多集中在提高带宽、高增益、低副瓣电上，用于扫描相控阵的现存方案还比较少见。如a.mallahzadeh等在《a low cross-polarization slotted ridged siw array antenna design with mutual couplingconsiderations,in ieee transactions on antennas and propagation,vol.63,no.10,pp.4324-4333,0ct.2015,doi:10.1109/tap.2015.2457952》提出了一种基片集成脊波导共线缝隙天线，在10ghz的中心频率实现带宽只有6％的相对带宽，副瓣电平能到-25db，8*8的阵列单元所到的最高增益为20dbi。
4、现有的提高相控阵扫描能力的方法有：1.使用宽波束宽度的阵列单元，通过提高阵列单元的3db波束宽度实现更宽的覆盖能力；2.使用去耦网络抑制阵元间耦合，阵列天线由于互耦影响有源匹配和有源方向图，使扫描增益降低；3.基于方向图可重构技术，利用可重构窄波束共同覆盖一个大范围。
技术实现思路
1、本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
2、基于u型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，包括从下至上顺次层叠的第一介质板、第二介质板、第三介质板和第四介质板；
3、第一介质板中设置有接地共面波导转siw结构以及工字型耦合缝隙，构成馈电激励结构；工字型耦合缝隙设置在第一介质板上表面，接地共面波导转siw结构中包括设置在第一介质板下表面的接地共面波导和贯穿第一介质板的多个第一金属通孔；由于siw传输线不能与外部电路直接相连，因此使用接地共面波导转接结构，第一介质板的下表面设置有sma接头，接地共面波导连接sma接头；在接地共面波导转siw结构中接地共面波导的两侧分别设置工字型耦合缝隙实现能量的向上传输，给上层馈电；
4、第三介质板上开有多个辐射缝隙单元，辐射缝隙单元和工字型耦合缝隙的数量相等，辐射缝隙单元中包括多个排成一排的共线的辐射缝隙，2个辐射缝隙单元按行组成单个列子阵单元，多个列子阵单元按列组成天线阵列；设置有多个同时贯穿第二介质板和第三介质板的第二金属通孔；每一组辐射缝隙单元四周都要至少围绕有一圈第二金属通孔，通过第二金属通孔和第二介质板下金属面与第三介质板上金属面把电磁波束缚在第二介质板与第三介质板当中，而基片集成脊波导(rsiw)是在基片集成波导的介质基板中嵌入周期排列的金属柱等效为波导脊的结构，该方式能扩大单模工作带宽，缩小波导宽度，提高相控阵扫描所需要的宽单元波束宽度；
5、第二介质板上表面设置有多个脊金属带，脊金属带的数量和辐射缝隙单元的数量相等，每个脊金属带均分别位于一个辐射缝隙单元的正下方，所述脊金属带为曲折的金属带，脊金属带的每个弯折处均位于对应的辐射缝隙单元中的各个辐射缝隙中心正下方，起到扰流的作用，使rsiw表面上电流的分布不再是原siw的te10模式对应的表面电流，横向的电流左右两边相互抵消，开在中线的辐射缝隙单元能够有效的切割表面纵向电流辐射电磁波，在所有脊金属带的正下方沿着脊金属带都设置有一排贯穿第二介质板的金属柱，脊金属带和下方的金属柱共同等效为脊波导的脊，定义为等效脊，起到扰动电流的作用；
6、第二介质板和第三介质板构成辐射结构；
7、为了提高天线隔离度，在第四介质板上表面，对应列子阵单元每一列辐射缝隙中相邻的辐射缝隙位置之间的正上方的位置设置有u型去耦结构，构成去耦结构。
8、进一步地，第一介质板中，设置有n个接地共面波导转siw结构，n为大于等于4的整数，n个接地共面波导转siw结构沿第一介质板的中轴线排成一列，每个接地共面波导转siw结构中的接地共面波导的两侧分别设置有1个工字型耦合缝隙，一共设置有2n个工字型耦合缝隙。
9、进一步地，第三介质板中设置有2n个辐射缝隙单元，每个辐射单元在设置有m个排成一行的共线的辐射缝隙，m为大于等于4的偶数，2个辐射缝隙单元按行组成单个列子阵单元，n个列子阵单元按列组成天线阵列，即天线阵列中的2n×m个辐射缝隙按2m列n行的形式排列。
10、进一步地，同一行中相邻的两个辐射缝隙单元之间的第二金属通孔可以设置为一排或两排，设置成一排时则该排第二金属通孔同时作为围绕两个辐射缝隙单元的金属通孔圈的一部分，设置成两排时则两个辐射缝隙单元周围各设置有一圈第二金属通孔。
11、进一步地，工字型耦合缝隙位于辐射缝隙单元正中心下方；这样使得工字型耦合缝隙馈给辐射缝隙单元中的每个辐射缝隙的相位和幅值相同，该并馈结构保证了带内阻抗和方向图的稳定性。
12、进一步地，脊金属带中间断开，且断开的位置位于工字型耦合缝隙的正上方，确保能量能向上传输，无金属与金本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于U型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，包括从下至上顺次层叠的第一介质板(1)、第二介质板(5)、第三介质板(6)和第四介质板(14)；
2.根据权利要求1所述的基于U型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，第一介质板(1)中，设置有n个接地共面波导转SIW结构(3)，n为大于等于4的整数，n个接地共面波导转SIW结构(3)沿第一介质板(1)的中轴线排成一列，每个接地共面波导转SIW结构(3)中的接地共面波导(2)的两侧分别设置有1个工字型耦合缝隙(4)，一共设置有2n个工字型耦合缝隙(4)。
3.根据权利要求2所述的基于U型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，第三介质板(6)中设置有2n个辐射缝隙单元(16)，每个辐射单元在设置有m个排成一行的共线的辐射缝隙(9)，m为大于等于4的偶数，2个辐射缝隙单元(16)按行组成单个列子阵单元(8)，n个列子阵单元(8)按列组成天线阵列(19)，即天线阵列(19)中的2n×m个辐射缝隙(9)按2m列n行的形式排列。
4.根据权利要求3所述
5.根据权利要求1所述的基于U型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，工字型耦合缝隙(4)位于辐射缝隙单元(16)正中心下方。
6.根据权利要求1所述的基于U型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，脊金属带(10)中间断开，且断开的位置位于工字型耦合缝隙(4)的正上方，确保能量能向上传输，无金属与金属柱干扰。
7.根据权利要求3所述的基于U型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，U型去耦结构(12)包括一条长边和两条短臂，1个U型去耦结构(12)中的两条短臂分别位于同一列的辐射缝隙(9)中相邻的两个的上方，从正上方往下看，两条短臂分别与对应的辐射缝隙(9)的部分重合，长边两端分别连接两条短臂的一端，形成U型结构；
8.根据权利要求7所述的基于U型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，中轴线两侧的U型去耦结构(12)关于中轴线对称设置，通过反向耦合相消法抵消掉阵元间耦合，从而提高隔离度，提高相控阵扫描能力，构成去耦结构。
9.根据权利要求2所述的基于U型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，接地共面波导(2)两侧的工字型耦合缝隙(4)关于中轴线对称设置；
10.根据权利要求1所述的基于U型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，第一介质板(1)、第二介质板(5)和第三介质板(6)的表面均覆铜，第四介质板(14)的上表面覆铜。
...【技术特征摘要】
1.基于u型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，包括从下至上顺次层叠的第一介质板(1)、第二介质板(5)、第三介质板(6)和第四介质板(14)；
2.根据权利要求1所述的基于u型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，第一介质板(1)中，设置有n个接地共面波导转siw结构(3)，n为大于等于4的整数，n个接地共面波导转siw结构(3)沿第一介质板(1)的中轴线排成一列，每个接地共面波导转siw结构(3)中的接地共面波导(2)的两侧分别设置有1个工字型耦合缝隙(4)，一共设置有2n个工字型耦合缝隙(4)。
3.根据权利要求2所述的基于u型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，第三介质板(6)中设置有2n个辐射缝隙单元(16)，每个辐射单元在设置有m个排成一行的共线的辐射缝隙(9)，m为大于等于4的偶数，2个辐射缝隙单元(16)按行组成单个列子阵单元(8)，n个列子阵单元(8)按列组成天线阵列(19)，即天线阵列(19)中的2n×m个辐射缝隙(9)按2m列n行的形式排列。
4.根据权利要求3所述的基于u型去耦结构的基片集成脊波导宽角扫描相控阵天线，其特征在于，同一行中相邻的两个辐射缝隙单元(16)之间的第二金属通孔(7)可以设置为一排或两排，设置成一排时则该排第二金属通孔(7)同时作为围绕两个辐射缝隙单元(16)的金属通孔圈的一部分，设置成两排时则两个辐射缝隙单元(16)周围各设置有一圈第二金属通孔(7)。
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