低耗低副瓣高增益平面频率扫描天线制造技术

本发明专利技术一种低耗低副瓣高增益平面频率扫描天线，由三层平面介质基板组成，三层平面介质基板重叠布置，并且每层平面介质基板之间有间隔，三层平面介质基板通过塑料螺钉固定，其中，第一层平面介质基板包括天线辐射单元和地板，第二层平面介质基板的上下表面对称布置，包括慢波蛇形线结构，功分器，传输线馈电结构，匹配负载，慢波蛇形线结构的末端连接到匹配负载，慢波蛇形线结构和功分器连接，传输线馈电结构和功分器连接，第三层平面介质基板为地板；本发明专利技术损耗低，副瓣低，增益高，且结构简单，便于实现。

【技术实现步骤摘要】
低耗低副瓣高增益平面频率扫描天线
本专利技术属于天线
，特别是一种低耗低副瓣高增益平面频率扫描天线。
技术介绍
随着现代雷达技术的不断发展，对于天线跟踪速度的要求日益提高，电扫描天线因其波速扫描时间极低，信号衰减小，运行性能好等优点已基本取代机械扫描天线。采用频率扫描实现波束扫描原理简单，馈电网络结构简单，成本相对较低。传统的频率扫描天线由作为相移单元的蛇形慢波波导结构和作为辐射单元的波导缝隙天线组成。由于波导损耗极低，因此可以实现较高增益的频率扫描天线阵列(请参见文献I :R. s. Elliot, “ Antenna theory and design, ” New York: Prentice-Hall, 1981)。然而，由于波导体积大，重量重，并且不能进行平面化设计，和其他器件难以集成，此类频率扫描天线无法满足日益发展的现代雷达通信要求。近年来，采用漏波技术以及左右手传输线技术的频率表扫描天线由于其低剖面、 体积小、易于集成等优点引起了学者们的极大兴趣。然而，由于平面化电路的要求，这些用于频率扫描的漏波天线都共同存在一个问题，那就是损耗。由于采用平面印刷工艺，介质损耗的引入使得平面漏波天线的传输损耗比波导频扫天线要大很多，无法实现高增益的频扫阵列天线，且常常出现频带内增益起伏较大的现象。另外，此类漏波天线由于在设计时行波传输结构和辐射单元是一体的，所以在实现阵列的不同分布上存在困难，在进行波束扫描的同时较难满足低副瓣的要求(请参见文献2 Y. Dong and T. Itoh, “ Composite right/ left-handed substrate integrated waveguide and half mode substrate integrated waveguide leaky-wave structures, ” IEEE Trans. Antenna. Propag.，vol. 59，no. 3，pp. 767-775，Mar. 2011)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种损耗低，副瓣低，增益高，且结构简单，便于实现的低耗低副瓣高增益平面频率扫描天线。实现本专利技术目的的技术解决方案为一种低耗低副瓣高增益平面频率扫描天线，由三层平面介质基板组成，三层平面介质基板重叠布置，并且每层平面介质基板之间有间隔，三层平面介质基板通过塑料螺钉固定， 其中，第一层平面介质基板包括天线辐射单元和地板，第二层平面介质基板的上下表面对称布置，包括慢波蛇形线结构，功分器，传输线馈电结构，匹配负载，慢波蛇形线结构的末端连接到匹配负载，慢波蛇形线结构和功分器连接，功分器和传输线馈电结构连接，第三层平面介质基板为地板。本专利技术与现有技术相比，其显著优点(I)本专利技术天线采用基于双面悬置空气带状线的慢波蛇形线结构作为频率扫描天线的相移结构，由于采用空气作为该结构的传输媒质，其传输损耗相较于一般平面传输线小很多，为天线实现高增益奠定了基础。同时，通过慢波线结构轮廓、折数、尺寸的适当选择和优化，使得移相传输结构的损耗进一步减小，且可满足不同的频带范围需要。(2)本专利技术将慢波蛇形线结构、传输线馈电结构和天线辐射单元分开，互相不影响，可以方便的进行独立设计，同时可以实现很高的设计灵活性。首先，馈线的独立设计，可以很好的满足频率扫描天线的角度扫描范围、频带资源、传输损耗的各部分要求，通过对慢波蛇形线结构的优化设计进行折中选择，很容易满足设计的需求。其次，天线辐射单元的单独设计，可以使得其形式多样化，可以根据项目或产品的需要进行适当选择。(3)本专利技术中慢波蛇形线结构以及传输线馈电结构和天线辐射单元分开，使得天线的幅度分布控制容易实现。通过调节功分器的能量分配，即可实现要求，获得想要的天线副瓣水平，实现低副瓣。此时，天线中的所有天线辐射单元尺寸是相同的，只需要调节功分器即可，方便且易实现。(4)本专利技术同时满足了平面化，低损耗、低副瓣以及高增益的要求。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图I为本专利技术实施例I天线的整体结构俯视透视图。图2为本专利技术实施例I天线的立体结构的正视图。图3为本专利技术实施例I天线的第一层平面介质基板的俯视图。图4为本专利技术实施例I天线的第二层平面介质基板的俯视图。图5为本专利技术实施例I天线的S参数仿真与实测图。图6为本专利技术实施例I天线的增益仿真、实测结果和效率图。图7为本专利技术实施例2天线的整体结构俯视透视图。图8为本专利技术实施例2天线的立体结构的正视图。图9为本专利技术实施例2天线的第一层平面介质基板的俯视图。图10为本专利技术实施例2天线的第二层平面介质基板的俯视图。图11为本专利技术实施例3天线的整体结构俯视透视图。图12为本专利技术实施例3天线的立体结构的正视图。图13为本专利技术实施例3天线的第一层平面介质基板的俯视图。图14为本专利技术实施例3天线的第二层平面介质基板的俯视图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。实施例I :一种低耗低副瓣高增益平面频率扫描天线，由三层平面介质基板组成，三层平面介质基板重叠布置，并且每层平面介质基板之间有间隔，三层平面介质基板通过塑料螺钉6固定，其中，第一层平面介质基板7包括天线辐射单元和地板，第二层平面介质基板8的上下表面对称布置，包括慢波蛇形线结构2，耦合功分器3，传输线馈电结构4，匹配负载5，慢波蛇形线结构2的末端连接到匹配负载5，慢波蛇形线结构2和耦合功分器3耦合连接，传输线馈电结构4和耦合功分器3连接，第三层平面介质基板9为地板。图I给出本专利技术天线的整体结构俯视图(透视图)，图2给出其立体结构的正视图。 图中实线所示结构为印刷在介质基板上的金属图形，虚线所示为刻蚀掉金属的部分，黑色填充部分为支撑该天线结构使用的塑料螺钉6。从图中可以看到，本专利所述的天线由三层平面介质基板组成，位于中间的第二层平面介质基板8的上、下表面对称印刷了慢波蛇形线结构2作为频率扫描天线的移相单元，和作为功率分配的耦合功分器3以及对矩形辐射缝隙天线单元I进行馈电的传输线馈电结构4，与第二层平面介质基板8分别相距同样距离的第一层平面介质基板7的底层金属表面和第三层平面介质基板9的上金属表面共同作为该天线的接地面。此三层结构共同形成双面悬置空气带状线，为了激励起双面悬置空气带状线的偶模，在慢波蛇形线结构2上制作了多个金属化通孔，以此连接第二层平面介质基板8的上下金属表面上对称布置的所有图形，使得分布在上下金属表面的相同图形获得同等的电压。图中高度为He的部分为空气，是此双面悬置空气带状线的传输媒质，由于此时结构的电场绝大部分都分布在上下两层空气中，因而能量在损耗极低的空气中进行传输，用以达到减小天线结构损耗的目的。在第一层平面介质基板7的下金属表面刻蚀矩形辐射缝隙天线单元1，作为辐射口径。此时，低耗低副瓣高增益平面频率扫描天线形成。图3给出所专利技术天线的第一层平面介质基板，其中虚线矩形结构则是刻蚀于第一层平面介质基板7的下金属表面上的多个矩形辐射缝隙天线单元I。该平面介质基板的上金属表面全部腐蚀。图4为第二层平面介质基板8的上下表面对称印刷的相同的矩形轮廓的慢波蛇形线结构2、耦合功分器3以及传输线馈电结构4。相邻的耦合功分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低耗低副瓣高增益平面频率扫描天线，其特征在于：由三层平面介质基板组成，三层平面介质基板重叠布置，并且每层平面介质基板之间有间隔，三层平面介质基板通过塑料螺钉（6）固定，其中，第一层平面介质基板（7）包括天线辐射单元和地板，第二层平面介质基板（8）的上下表面对称布置，包括慢波蛇形线结构（2），功分器，传输线馈电结构（4），匹配负载（5），慢波蛇形线结构（2）的末端连接到匹配负载（5），慢波蛇形线结构（2）和功分器连接，传输线馈电结构（4）和功分器连接，第三层平面介质基板（9）为地板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文，崔兰，方大纲，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：