CN103390803B - 基于基片集成波导的具有极化扭转功能的回溯阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于基片集成波导的具有极化扭转功能的回溯阵列天线，包括双面覆铜的微波介质基片、连接微波介质基片上下两面覆铜层的通孔阵列、并排设置在微波介质基片一侧表面的第一辐射单元阵列和第二辐射单元阵列，第一辐射单元阵列为水平极化，第二辐射单元阵列为垂直极化。本发明中的回溯阵列天线使用基片集成波导结构，使连接网络损耗更小，并且回溯阵列天线可以被设计在毫米波频段，以适应高频段系统应用的要求，可以进一步减小阵列天线的面积，更易于安装并降低成本。

Description

基于基片集成波导的具有极化扭转功能的回溯阵列天线

技术领域

本发明属于无线通信领域和雷达探测领域，涉及一种具有极化扭转功能的回溯阵列天线。

背景技术

随着通信技术的迅猛发展，低成本高性能的新型天线成为人们关注和研究的热点。回溯阵列天线因其具有自跟踪波束扫描的特性，能够在未知入射信号源位置的情况下将入射波沿着原方向反射，从而提高系统的性能、效率和安全性。相对于使用复杂波束成形技术的智能天线，回溯阵列天线凭借其简单的实现结构，不需要任何移相器和复杂数字信号处理，有着低复杂度、低成本的独特优势从而具有广泛的应用价值。虽然过去几十年回溯天线阵列有了很大的进展，但是随着低频段频谱的应用日益饱和，无线通信系统和雷达系统不可避免的有往更高频率发展的趋势，这给回溯天线阵列的设计提出了新的挑战。以往的印刷电路板的微带线馈电结构由于自身的损耗，已经不能够适用于更高频率回溯阵列的实现。基片集成波导结构可以很好的解决损耗这一问题，其相对微带结构来说在较高频率有着更小的损耗，但是基片集成波导结构增加了馈电网络的复杂度，提高了设计的难度，并且给雷达双站应用的场景带来了困难，因此国际上这类回溯阵列天线并不多见。此外，对于雷达探测等需要极化分离的系统应用，能够实现极化扭转功能的回溯阵列天线能够使得发射信号和反射信号极化正交，可以减少除被探测目标之外的不必要的干扰，有着广泛的应用价值。因此研究一种能工作在毫米波频段，可以实现极化扭转功能的回溯天线阵列是非常有意义的。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种能很好地工作在毫米波频段的基于基片集成波导的具有极化扭转功能的回溯阵列天线。

技术方案：本发明的基于基片集成波导的具有极化扭转功能的回溯阵列天线，包括双面覆铜的微波介质基片、连接微波介质基片上下两面覆铜层的通孔阵列、并排设置在微波介质基片一侧表面的第一辐射单元阵列和第二辐射单元阵列，第一辐射单元阵列为水平极化，第二辐射单元阵列为垂直极化。

第一辐射单元阵列和第二辐射单元阵列各有N个单元，N为正整数，第一辐射单元阵列中的天线辐射单元与第二辐射单元阵列中的天线辐射单元组成N个天线对，每个天线对中的两个天线辐射单元以第一辐射单元阵列和第二辐射单元阵列的分界线为轴对称，通孔阵列包括N条由通孔排列组成的基片集成波导传输线，基片集成波导传输线作为馈电网络将天线对的两个天线辐射单元连接，各基片集成波导传输线的电长度相同，或两相邻基片集成波导传输线的电长度相差360度的整数倍。

本发明中，基片集成波导传输线作为天线辐射单元之间的馈电网络。

本发明中，天线辐射单元采用基片集成波导背腔宽槽天线，包括窗口和位于窗口周围的金属通孔。

本发明阵列天线采用印刷电路板技术和基片集成波导结构，可以在毫米波频段实现波束极化扭转和波束回溯功能，适用于雷达探测、移动通信、无线传感网络、无线功率传输等需要自跟踪波束扫描技术的场合。

本发明基于印刷电路板技术和基片集成波导结构。回溯阵列天线采用印刷电路板（PCB）工艺制作在双面敷铜微波介质基片上，并加工有通孔阵列连接覆铜层。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1. 本发明中的回溯阵列天线使用基片集成波导结构，使连接网络损耗更小，并且回溯阵列天线可以被设计在毫米波频段，以适应高频段系统应用的要求，可以进一步减小阵列天线的面积，更易于安装并降低成本。

2．与现有的大多数回溯阵列天线相比，本发明中的阵列天线在实现波束回溯功能的同时也实现了波束极化扭转的功能，可以同时适用于雷达单站和双站的应用场景，在雷达探测等系统中具有广泛的应用价值。

本发明在回溯阵列天线中采用基片集成波导背腔宽槽天线作为辐射单元，基片集成波导传输线作为馈电网络，基片集成波导结构损耗较小，适用于毫米波频段天线馈电网络的实现，基片集成波导背腔宽槽天线具有较高的带宽和增益，可以充分体现回溯阵列天线的带宽和雷达散射截面增强的优势。

本发明的第一辐射单元阵列和第二辐射单元阵列，通过改变单元放置的方向，实现第一辐射单元阵列的水平极化和第二辐射单元阵列的垂直极化，当第一辐射单元阵列作为接收阵列天线时，第二辐射单元阵列作为发射阵列天线，反射波束的波前发生了反转并且波束的极化由入射波的水平极化变为垂直极化，反之当第二辐射单元阵列作为接收阵列天线时，第一辐射单元阵列作为发射阵列天线，反射波束的波前发生了反转并且波束的极化由入射波的垂直极化变为水平极化。

附图说明

图1为回溯阵列天线的平面结构图。

图2为实施例的回溯阵列天线图。

图3为80GHz下天线双站雷达散射截面测试结果图。

图4为80GHz下天线单站雷达散射截面测试结果图。

图中有：微波介质基片1、上表面覆铜层2、下表面覆铜层3、第一辐射单元阵列4、第二辐射单元阵列5、通孔阵列6、基片集成波导传输线7。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步具体说明。

本发明的基于基片集成波导的具有极化扭转功能的回溯阵列天线，是基于印刷电路板技术和基片集成波导结构，回溯阵列天线采用印刷电路板（PCB）工艺制作在双面敷铜微波介质基片上，并加工有通孔阵列连接覆铜层。双面敷铜的微波介质基片1为厚度为0.762mm的介电常数为3.66的罗杰斯4350低损介质基板，介质基板双面有0.018mm厚度的上表面覆铜层2和下表面覆铜层3，连接上下表面覆铜层的金属通孔阵列6中单个通孔直径为0.3mm。实施阵列天线共有16个并排放置的天线辐射单元，均采用基片集成波导结构的背腔宽槽天线。第一辐射单元阵列4和第二辐射单元阵列5各有8个单元，并且第一辐射单元阵列4的天线单元为水平极化，第二辐射单元阵列5的天线单元为垂直极化。第一辐射单元阵列4中的天线辐射单元与第二辐射单元阵列5中的天线辐射单元组成8个天线对，每个天线对中的两个天线辐射单元以第一辐射单元阵列4和第二辐射单元阵列5的分界线为轴对称。通孔阵列6包括8条由通孔排列组成的基片集成波导传输线7，作为馈电网络将天线对的两个天线辐射单元连接，两相邻基片集成波导传输线的电长度相差360度的整数倍。该实施例回溯阵列天线设计在车用近距雷达频段，即80GHz，大小为60mm*30mm。由于回溯阵列天线无须外加馈电，需要测量的结果为双站和单站的雷达散射截面。

Claims (1)

1.一种基于基片集成波导的具有极化扭转功能的回溯阵列天线，其特征在于，该阵列天线包括双面覆铜的微波介质基片（1）、连接所述微波介质基片（1）上下两面覆铜层的通孔阵列（6）、并排设置在微波介质基片（1）一侧表面的第一辐射单元阵列（4）和第二辐射单元阵列（5），所述第一辐射单元阵列（4）为水平极化，所述第二辐射单元阵列（5）为垂直极化；

所述第一辐射单元阵列（4）和第二辐射单元阵列（5）各有N个天线辐射单元，N取值为正整数，第一辐射单元阵列（4）中的天线辐射单元与第二辐射单元阵列（5）中的天线辐射单元组成N个天线对，每个所述天线对中的两个天线辐射单元以第一辐射单元阵列（4）和第二辐射单元阵列（5）的分界线为轴对称，所述通孔阵列（6）包括N条由通孔排列组成的基片集成波导传输线（7），所述基片集成波导传输线（7）作为馈电网络将天线对的两个天线辐射单元连接，各基片集成波导传输线（7）的电长度相同，或两相邻基片集成波导传输线（7）的电长度相差360度的整数倍。

2.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的具有极化扭转功能的回溯阵列天线，其特征在于，所述基片集成波导传输线（7）作为天线辐射单元之间的馈电网络。

3.根据权利要求1或2所述基于基片集成波导的具有极化扭转功能的回溯阵列天线，其特征在于，所述天线辐射单元采用基片集成波导背腔宽槽天线，包括窗口和位于所述窗口周围的金属通孔。