CN103022715B - 相位校准的平面喇叭天线 - Google Patents

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相位校准的平面喇叭天线涉及一种平面喇叭天线，该天线包括微带馈线（1)、基片集成波导喇叭天线（2）和内嵌金属化过孔（3），这三部分都集成在一块介质基板（4）上，喇叭天线（2）由第一金属平面（8）、第二金属平面（10）和两排金属化过孔喇叭侧壁（11）组成，金属化过孔（3）在喇叭天线（2）中，多个金属化过孔（3）构成一列或数列过孔线阵（12），相邻两列线阵（12）、或者一列线阵（12）与一排喇叭侧壁（11），与第一金属平面（8）和第二金属平面（10）构成介质填充波导（13），介质填充波导（13）的一端在喇叭天线（2）内，另一端在天线的口径面（14）。该天线可以提高天线的增益。

Description

相位校准的平面喇叭天线
技术领域
本发明涉及一种平面喇叭天线，尤其是一种相位校准的平面喇叭天线。
背景技术
喇叭天线在卫星通信、地面微波链路及射电望远镜等系统中有着广泛的应用。但是，三维喇叭天线的巨大几何尺寸制约了其在平面电路中的应用和发展。近年来，基片集成波导技术的提出和发展很好的促进了平面喇叭天线的发展。基片集成波导有尺寸小、重量轻、易于集成和加工制作等优点。基于基片集成波导的平面的基片集成波导平面喇叭天线除了具有喇叭天线的特点外，还很好的实现了喇叭天线的小型化、轻型化，而且易于集成在微波毫米波平面电路中，但传统的基片集成波导平面喇叭天线的增益相对比较低，其原因在于由于喇叭口不断的张开，导致电磁波传播到喇叭口径面时出现相位不同步，口径电场强度的相位分布不均匀，辐射方向性和增益降低。目前已有采用介质加载、介质棱镜等方法，矫正喇叭口径场，但是这些方法均是在平面喇叭外部通过添加相位或者电场校准结构实现目的，增加了天线的整体结构尺寸。
发明内容
技术问题:本发明的目的是提出一种相位校准的平面喇叭天线，该平面喇叭天线内部嵌有金属化过孔阵列用以矫正天线口径面上电磁波的相位不一致、改善天线口径面上相位分布的同相性，增加天线的口径效率和增益。
技术方案：本发明的相位校准的平面喇叭天线包括设置在介质基板上的微带馈线、基片集成波导喇叭天线和内嵌金属化过孔；所述微带馈线的第一端口是该天线的输入输出端口，微带馈线的第二端口与基片集成波导喇叭天线相接；基片集成波导喇叭天线由位于介质基板一面的第一金属平面、位于介质基板另一面的第二金属平面和穿过介质基板连接第一金属平面和第二金属平面的两排金属化过孔喇叭侧壁组成；在喇叭天线中间设有由多个内嵌金属化过孔构成的一列或数列金属化过孔线阵；由相邻两列金属化过孔线阵、或者一列金属化过孔线阵与一排金属化过孔喇叭侧壁，第一金属平面和第二金属平面构成介质填充波导，该介质填充波导的外端是喇叭天线的口径面。
微带馈线的导带与第一金属平面(8)相接，微带馈线(1)的接地面(9)与第二金属平面相接。
基片集成波导喇叭天线里有两个或两个以上的介质填充波导，这些介质填充波导的传输方向朝着天线的口径面。
介质填充波导的宽度要保证其主模可以在介质填充波导(13)中传输而不被截止。
一列或数列金属化过孔线阵中，调整相邻两列金属化过孔线阵之间的距离、或者调整一列金属化过孔线阵与基片集成波导喇叭天线(2)侧壁金属化过孔之间的距离，能够改变介质填充波导的宽度，进而调整在该介质填充波导(13)中电磁波传播的相速，使得到达天线的口径面上电磁波相位分布更均匀。
一列或数列金属化过孔线阵中，改变一列或者多列内嵌金属化过孔线阵的长度能够改变相应介质填充波导的长度，进而使得到达天线口径面上电磁波相位分布更均匀。
一列或数列金属化过孔线阵中，内嵌的金属化过孔线阵中相邻的两个金属化过孔的间距小于或等于工作波长的十分之一，使得构成的金属化过孔线阵(12)能够等效为电壁。
金属化过孔喇叭侧壁中，相邻的两个金属化过孔的间距要小于或等于工作波长的十分之一，使得构成的金属化过孔喇叭侧壁(11)能够等效为电壁。
在介质填充波导中，电磁波主模（TE10模）的传播相速与介质填充波导的宽度有关，介质填充波导的宽度越宽，主模传播的相速越低；反之，介质填充波导的宽度越窄，主模传播的相速越高。电磁波从微带馈线的一端输入，经过微带馈线的另一端进入基片集成波导喇叭天线，传播一段距离后，遇到一列或者数列金属化过孔阵列，就分成两路或者多路，进入介质填充波导传播，再到达基片集成波导喇叭天线的口径面；在天线口径面上的电磁波是分成多路到达的，各路经过的路径长度有差异，到达天线口径面的边缘的电磁波所经过的路程较远，但经过的介质填充波导的宽度较窄，电磁波的相速较快；而到达天线口径面中心附近的电磁波所经过路程较近，但经过的介质填充波导的宽度较宽，电磁波的相速较慢。这样到达口径面各处的电磁波的相位就可以保持一致，进而达到提高天线增益的目的。同理也可以按照需要在天线的口径面附近实现特定的相位分布。
有益效果：本发明相位校准的平面喇叭天线的有益效果是，矫正了天线口径面上电磁波的相位不一致、改善天线口径面上相位分布的均匀性，进而增加了天线的口径效率和增益。
附图说明
图1为相位校准的平面喇叭天线结构正面结构示意图。
图2为相位校准的平面喇叭天线结构反面结构示意图。
图中有：微带馈线1、基片集成波导喇叭天线2、内嵌金属化过孔3、介质基板4、第一端口5、第二端口6、导带7、第一金属平面8、接地面9、第二金属平面10、金属化过孔喇叭侧壁11、金属化过孔阵列12、介质填充波导13和喇叭天线的口径面14。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明所采用的实施方案是：相位校准的平面喇叭天线包括微带馈线1、基片集成波导喇叭天线2和内嵌金属化过孔3，这三部分都集成在同一块介质基板4上，微带馈线1的一端5是相位校准的平面喇叭天线的输入输出端口，微带馈线1的另一端6与基片集成波导喇叭天线2相接，微带馈线1的导带7与基片集成波导喇叭天线2的一个金属平面8相接，微带馈线1的接地面9与基片集成波导喇叭天线2的另一个金属平面10相接；基片集成波导喇叭天线2由两个金属平面8、10和两排金属化过孔喇叭侧壁11组成，两个金属平面8、10分别位于介质基板4的两面，两排金属化过孔喇叭侧壁11连接两个金属平面8、10，并逐渐张开成喇叭形；内嵌金属化过孔3在基片集成波导喇叭天线2中，多个内嵌金属化过孔3构成一列或数列金属化过孔线阵12，这些金属化过孔3也连接两个金属平面8、10，相邻两列金属化过孔线阵12、或者一列金属化过孔线阵12与基片集成波导喇叭的一个侧壁11，与上下两个金属平面8、10构成宽度恒定或者宽度变化的介质填充波导13，这些介质填充波导13的一端在基片集成波导喇叭天线2内离天线口径面14相对较远的位置，另一端在天线口径面14上。
在介质填充波导13中，电磁波主模的传播相速与介质填充波导13的宽度有关，介质填充波导13的宽度越宽，主模传播的相速越低；反之，介质填充波导13的宽度越窄，主模传播的相速越高。电磁波从微带馈线1的一端5输入，经过微带馈线1的另一端6进入基片集成波导喇叭天线2，传播一段距离后，遇到一列或中数列金属化过孔线阵12，就分成两路或者多路，进入介质填充波导13传播，再到达天线的口径面14；因此在天线口径面14上的电磁波是分成多路到达的，各路经过的路径长度有差异，到达天线口径面14的边缘的电磁波所经过的路程较远，而到达天线口径面14中心附近的电磁波所经过路程较近，但到达天线口径面14中心附近的电磁波所经过介质填充波导13的宽度比到达口径面14的边缘的电磁波所经过的介质填充波导13的宽度要宽，其相速相对较慢，这样口径面14的边缘的电磁波的平均相速比口径面14中心附近的电磁波的平均相速要快，这样在整个天线口径面14上电磁波的相位就可以保持一致，进而达到提高天线方向性和增益的目的。
在工艺上，相位校准的平面喇叭天线既可以采用普通的印刷电路板（PCB）工艺，也可以采用低温共烧陶瓷（LTCC）工艺或者CMOS、Si基片等集成电路工艺实现。其中金属化过孔3、和金属化过孔波导侧壁11的金属化过孔可以是空心金属通孔也可以是实心金属孔，也可以是连续的金属化壁，金属通孔的形状可以是圆形，也可以是方形或者其他形状的。
在结构上，金属化过孔阵列12排列成的线形可以是直线、折线、指数线和其它曲线等。
根据以上所述，便可实现本发明。

Claims (5)

1.一种相位校准的平面喇叭天线，其特征在于该天线包括设置在介质基板(4)上的微带馈线(1)、基片集成波导喇叭天线(2)和内嵌金属化过孔(3)；所述微带馈线(1)的第一端口(5)是该天线的输入输出端口，微带馈线(1)的第二端口(6)与基片集成波导喇叭天线(2)相接；基片集成波导喇叭天线(2)由位于介质基板(4)一面的第一金属平面(8)、位于介质基板(4)另一面的第二金属平面(10)和穿过介质基板(4)连接第一金属平面(8)和第二金属平面(10)的两排金属化过孔喇叭侧壁(11)组成；在喇叭天线(2)中间设有由多个内嵌金属化过孔(3)构成的一列或数列金属化过孔线阵(12)；由相邻两列金属化过孔线阵(12)、或者一列金属化过孔线阵(12)与一排金属化过孔喇叭侧壁(11)，第一金属平面(8)和第二金属平面(10)构成多个介质填充波导(13)，介质填充波导(13)的传输方向朝着天线的口径面(14)，介质填充波导(13)的外端是喇叭天线的口径面(14)；
所述的金属化过孔阵列(12)排列成的线形是折线、指数线和其它曲线；
所述的一列或数列金属化过孔线阵(12)中，调整相邻两列金属化过孔线阵(12)之间的距离、或者调整一列金属化过孔线阵(12)与基片集成波导喇叭天线(2)侧壁金属化过孔(11)之间的距离、或者改变一列或者多列内嵌金属化过孔线阵(12)的长度，能够使得到达天线的口径面(14)上电磁波相位分布更均匀。
2.根据权利要求1所述的一种相位校准的平面喇叭天线，其特征在于微带馈线(1)的导带(7)与第一金属平面(8)相接，微带馈线(1)的接地面(9)与第二金属平面(10)相接。
3.根据权利要求1所述的一种相位校准的平面喇叭天线，其特征在于所述的介质填充波导(13)的宽度要保证其主模可以在介质填充波导(13)中传输而不被截止。
4.根据权利要求1所述的一种相位校准的平面喇叭天线，其特征在于所述的一列或数列金属化过孔线阵(12)中，内嵌的金属化过孔线阵(12)中相邻的两个金属化过孔(3)的间距小于或等于工作波长的十分之一，使得构成的金属化过孔线阵(12)能够等效为电壁。
5.根据权利要求1所述的一种相位校准的平面喇叭天线，其特征在于所述的金属化过孔喇叭侧壁(11)中，相邻的两个金属化过孔的间距要小于或等于工作波长的十分之一，使得构成的金属化过孔喇叭侧壁(11)能够等效为电壁。
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