毫米波圆柱面共形基片集成波导缝隙阵列天线制造技术

本发明专利技术实施例公开了毫米波圆柱面共形基片集成波导缝隙阵列天线，包括利用同一介质基片制作的天线阵列面与馈电网络，介质基板贴合于金属圆柱体上，其中：天线阵列面包括N个基片集成波导缝隙天线子阵；馈电网络包括N个传输臂，N个传输臂与N个基片集成波导缝隙天线子阵一一对应相连，任一传输臂所传输的信号与其他传输臂所传输的信号等幅但不同相。在本发明专利技术实施例中，利用基片集成波导技术将天线阵列面与馈电网络集成于同一块介质基片中，而介质基片的接地层紧贴金属圆柱，实现了天线在毫米波波段的共形。同时，馈电网络中的等幅不同相功分器可使圆柱形天线阵列面的电磁特性接近于平面天线阵列面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于共形天线
，更具体的，涉及毫米波共形圆柱基片集成波导缝隙阵列天线。
技术介绍
共形天线指同某ー规定形状的表面相共形的天线或阵列。一般地，共形天线与平面、圆柱面、球面等共形，其辐射单元安装在平滑弯曲的物体表面或集成在物体之中。毫米波波长处于红外与微波之间，与红外相比，利用大气窗ロ传播时的衰减小，受自然光和热辐射源影响小；与微波相比，其探测目标精度更高。因此，研发毫米波共形天线成为ー种热门。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguides-SIW)技术是近年来提 出的一种可以集成于介质基片中的具有低插损和低辐射等特性的新型波导结构，它是通过在上下底面为金属层的低损耗介质基片上，开周期性金属化通孔阵列实现的，具有类似于矩形金属波导的传输特性和介于传统填充介质的矩形金属波导与微带线之间的低插损耗。这为毫米波共形天线的研发提供了契机。
技术实现思路
本专利技术实施例目的在于提供毫米波共形圆柱基片集成波导缝隙阵列天线。为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案ー种毫米波圆柱面共形基片集成波导缝隙阵列天线，包括利用同一介质基片制作的天线阵列面与馈电网络，所述介质基板贴合于金属圆柱体上，并且，所述介质基板的接地层与所述金属圆柱体相接触，其中所述天线阵列面包括N个基片集成波导缝隙天线子阵，所述N为不小于I的正整数；所述馈电网络包括N个传输臂，所述N个传输臂与所述N个基片集成波导缝隙天线子阵一一对应相连，任一传输臂所传输的信号与其他传输臂所传输的信号等幅但不同相。由上可知，在本专利技术实施例所提供的技术方案中，利用基片集成波导技术将天线阵列面与馈电网络集成于同一块介质基片中，而介质基片的接地层紧贴金属圆柱，实现了上述天线阵列面与金属圆柱的圆柱面共形，进而实现了天线在毫米波波段的共形。同时，馈电网络中的等幅不同相功分器可补偿柱面圆周上不同位置的子阵列到设想平面上引起的空间波程差，使圆柱形天线阵列面的电磁特性接近于平面天线阵列面。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图Ia为本专利技术实施例提供的毫米波圆柱面共形基片集成波导缝隙阵列天线结构示意图；图Ib为本专利技术实施例提供的基片集成波导缝隙天线子阵结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的馈电网络结构示意图；图3a为本专利技术实施例提供的呈级联式排布的等幅不同相功分器结构示意图；图3b为本专利技术实施例提供的单个等幅不同相功分器结构示意图； 图3c为本专利技术实施例提供的毫米波圆柱面共形基片集成波导缝隙阵列天线轴对称性示意图；图3d为本专利技术实施例提供的馈电网络另ー结构示意图；图4a为本专利技术实施例提供的馈电网络中的等幅同相功分器结构示意图；图4b为本专利技术实施例提供的馈电网络中的移相器结构示意图；图5a为本专利技术实施例提供的电磁波信号在等长不等宽移相器中的传输路径示意图；图5b为本专利技术实施例提供的不等宽示意图。具体实施例方式为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或縮写总结如下缝隙天线在波导或空腔谐振器上开出ー个或数个缝隙以辐射或接收电磁波的天线，是无突出部的平面天线。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例目的在于提供ー种毫米波圆柱面共形基片集成波导缝隙阵列天线。參见图la，上述毫米波圆柱面共形基片集成波导缝隙阵列天线包括利用同一介质基片I制作的天线阵列面2与馈电网络5，介质基板I贴合于金属圆柱体上的柱面3上，并且，介质基板I的接地层与金属圆柱体相接触(本实施例采用的介质基板I是双面覆铜的PCB板)。工程上一般是使用螺丝将上述介质基板I与金属圆柱体固定在一起，在螺丝拧紧时，介质基板的下层接地层便与金属圆柱体紧密接触，进而使整个介质基板I贴合于金属圆柱体上的柱面3上。其中天线阵列面包括N个基片集成波导缝隙天线子阵，N为不小于I的正整数。參见图lb，每一基片集成波导缝隙天线子阵6包括至少ー个基片集成波导缝隙单元7。每一基片集成波导缝隙天线子阵6还具有短路端601和馈电端ロ 602。具体的，本实施例基片集成波导缝隙单元7是在介质基板I 一个面上加工出的缝隙。加工出的缝隙可为纵向缝隙(參见图lb)、横向缝隙或斜缝隙，其中以纵向缝隙的辐射最強，因此优选的，上述基片集成波导缝隙単元7具体为基片集成波导纵向缝隙。上述纵向方向即为图I中柱面3的轴向方向，而横向方向为水平方向。也可以将纵向方向视为Y轴，横向方向视为X轴。如无特殊声明，本文后续的纵向、横向均遵从同一XY坐标系。在本专利技术实施例所提供的技术方案中，利用基片集成波导技术将天线阵列面2与馈电网络5集成于同一块介质基片I中，而介质基片I的接地层紧贴金属圆柱，实现了上述天线阵列面2与金属圆柱的圆柱面3共形，进而实现了天线在毫米波波段的共形。同时，馈电网络5中的等幅不同相功分器可补偿柱面圆周上不同位置的子阵列到设想平面上引起的空间波程差，使圆柱形天线阵列面的电磁特性接近于平面天线阵列面。在本专利技术其他实施例中，仍请參见图lb，上述基片集成波导缝隙天线子阵6为泰勒分布谐振式排列。 泰勒分布谐振式排列是将各基片集成波导缝隙単元7 (纵向缝隙)的激励功率按泰勒分布设置。这样可压窄H面方向图的波瓣宽度，有效地提高了方向性。与此同时，上述基片集成波导缝隙天线子阵6可沿圆周方向分布组成天线阵列面2，这些沿圆周方向分布的基片集成波导缝隙天线子阵6被馈入等幅不同相的信号，这样可对柱面天线阵列进行相位补偿以防止E面主瓣展宽，从而可进ー步提高了天线方向性。仍请參见图lb，在本专利技术其他实施例中，在基片集成波导缝隙天线子阵6中，至少存在两类基片集成波导纵向缝隙，这两类基片集成波导纵向缝隙的缝宽不相同(也即宽縫、窄缝混合排列)。需要说明的是，基片集成波导纵向缝隙的缝宽与其上工作的功率容量成正比，因此，采用宽缝和窄缝混合排列的结构，可増加天线的带宽。进ー步的，如采用泰勒分布谐振式，上述缝宽不同的基片集成波导纵向缝隙是以位于中心的基片集成波导纵向缝隙为对称点，各个基片集成波导纵向缝隙的缝宽依次渐变减小。各基片集成波导纵向缝隙的功率容量大小可以通过离散泰勒分布阵列的公式求得。下面，将对馈电网络的结构进行详细介绍。參见图2，馈电网络5包括N个传输臂10 (在图2中用括号括起来的两个圆点就是传输臂10的边界)，这N个传输臂10与前述N个基片集成波导缝隙天线子阵一一对应相连，任一传输臂所传输的信号与其他传输臂所传输的信号等幅但不同相。需要指出的是，由于传输臂是基片集成波导，而基片集成波导缝隙天线子阵的馈电端ロ也是基片集成波导，因此传输臂与基片集成波导缝隙天线子阵可以直拉相连。參见图3a和图3b，馈电网络可包括呈级联式排布的等幅不同相功分器4 (单个等幅不同相功分器结构可參见图3b)，其中，第一级包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种毫米波圆柱面共形基片集成波导缝隙阵列天线，其特征在于，包括利用同一介质基片制作的天线阵列面与馈电网络，所述介质基板贴合于金属圆柱体上，并且，所述介质基板的接地层与所述金属圆柱体相接触，其中：所述天线阵列面包括N个基片集成波导缝隙天线子阵，所述N为不小于1的正整数；所述馈电网络包括N个传输臂，所述N个传输臂与所述N个基片集成波导缝隙天线子阵一一对应相连，任一传输臂所传输的信号与其他传输臂所传输的信号等幅但不同相。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵丽，袁桂山，董小春，杜春雷，史浩飞，张为国，
申请(专利权)人：重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：