CN104716434A - 缝隙内嵌相位校准的平面喇叭天线 - Google Patents

Abstract

缝隙内嵌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)和缝隙(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，基片集成波导喇叭天线(2)中的第一金属平面(8)和第二金属平面(10)均有数条缝隙(3)，缝隙(3)的一端在基片集成波导天线(2)的内部，缝隙(3)的另一端靠近但不到天线口径面(13)，缝隙(3)在基片集成波导喇叭(2)的内部形成多个子喇叭(12)。该天线可以提高天线的增益。

Description

缝隙内嵌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，尤其是一种缝隙内嵌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缝隙内嵌相位校准的平面喇叭天线，在该喇叭天线上下两个平行的金属面上，有多条缝隙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，同时避免口径面缝隙引起的场强不均匀、增加有效辐射面积，增加天线的口径效率和增益。

技术方案：本发明的缝隙内嵌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；基片集成波导喇叭天线中的第一金属平面和第二金属平面均有数条缝隙，缝隙的长度大于一个波长，缝隙的一端在基片集成波导天线的内部，缝隙的另一端靠近但不到天线口径面上，缝隙在基片集成波导喇叭的内部形成多个子喇叭；

所述的缝隙的形状是折线、指数线和其它曲线等，不同缝隙的宽度可以是不同的，每条缝隙的宽度可以是不均匀的；

所述的一条或数条缝隙中，调整相邻两条缝隙之间的距离、或者调整一条缝隙与基片集成波导喇叭天线侧壁金属化过孔之间的距离、或者改变一条或者多条缝隙的长度，能够使得到达天线的口径面上电磁波相位分布更均匀，或者使得到达天线的口径面上电磁波相位按照需要分布；调节某条缝隙的宽度，可以改变该条缝隙两边的子喇叭中电磁波的相速，能够使得到达天线的口径面上电磁波相位分布更均匀，或者使得到达天线的口径面上电磁波相位按照需要分布。

微带馈线的导带与第一金属平面相接，微带馈线的接地面与第二金属平面相接。

相邻两条缝隙之间的距离要保证其主模可以传输而不被截止。

所述的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能够等效为电壁。

缝隙离天线口径面的距离约为半个波长。

在基片集成波导喇叭天线的底面金属平面上的缝隙与顶面金属平面上的缝隙一一对应，在基片集成波导喇叭天线底面金属平面上的缝隙与顶面金属平面上的缝隙的形状一样、数量相等，底面金属平面上的缝隙在底面金属平面上的位置与顶面金属平面上的缝隙在顶面金属平面上的位置一样。

在基片集成波导喇叭的第一金属平面和第二金属平面上的缝隙，把基片集成波导喇叭分成数个子喇叭。在子喇叭中电磁波的传播相速都与子喇叭的宽度有关，子喇叭的宽度越宽，其中电磁波的传播相速就越低；反之，子喇叭的宽度越窄，电磁波的传播相速就越高。来自封装内部电路的电磁波信号从金属化垂直过孔馈线的一端通过天线的输入输出端口进入到基片集成波导喇叭天线，在向天线的口径面方向传播一段距离后，遇到一条或者数条缝隙，就分成两路或者多路，进入子喇叭传播，再通过子喇叭，然后再到达天线的口径面；在天线口径面上的电磁波，是通过不同子喇叭到达的，而且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，但经过的子喇叭的宽度较窄，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，但经过的子喇叭的宽度较宽，电磁波的相速较慢。这样通过不同子喇叭到达天线口径面电磁波的相位保持一致，就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实现特定的相位分布。

另外如果缝隙到口径面上，由于缝隙内部的场强相对缝隙两边的场强要小一些，特别是缝隙比较宽时更是如此，这样导致天线口径面上缝隙所在的区域场强比较小，使得场强发布不均匀；但缝隙离口径面有一定距离，就可以避免上述问题，这样口径面的场强分布也相对更均匀以及天线的有效辐射面积也变大。

有益效果：本发明缝隙内嵌相位校准的平面喇叭天线的有益效果是，可以按照需要在天线的口径面实现特定的相位分布，也可提高天线口径面上电磁波的相位的一致性，避免了缝隙引起的幅度不均匀，进而增加了天线的口径效率和增益。

附图说明

图1为缝隙内嵌相位校准的平面喇叭天线结构正面结构示意图。

图2为缝隙内嵌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、缝隙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、子喇叭12和喇叭天线的口径面13。

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：缝隙内嵌相位校准的平面喇叭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；基片集成波导喇叭天线2中的第一金属平面8和第二金属平面10均有数条缝隙3，缝隙3的长度大于一个波长，缝隙3的一端在基片集成波导天线2的内部，缝隙3的另一端靠近但不到天线口径面13，缝隙3在基片集成波导喇叭2的内部形成多个子喇叭12；所述的缝隙3的形状是折线、指数线和其它曲线等，不同缝隙3的宽度可以是不同的，每条缝隙3的宽度可以是不均匀的；所述的一条或数条缝隙3中，调整相邻两条缝隙3之间的距离、或者调整一条缝隙3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、或者改变一条或者多条缝隙3的长度，能够使得到达天线的口径面13上电磁波相位分布更均匀，或者使得到达天线的口径面13上电磁波相位按照需要分布；调节某条缝隙3的宽度，可以改变该条缝隙3两边的子喇叭12中电磁波的相速，能够使得到达天线的口径面13上电磁波相位分布更均匀，或者使得到达天线的口径面13上电磁波相位按照需要分布。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。所述的相邻两条缝隙3之间的距离要保证其主模可以传输而不被截止。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。

所述的缝隙3离天线口径面13的距离约为半个波长。

在基片集成波导喇叭的第一金属平面8和第二金属平面10上的缝隙3，把基片集成波导喇叭天线2分成数个子喇叭12。在子喇叭12中电磁波的传播相速都与子喇叭的宽度有关，子喇叭12的宽度越宽，其中电磁波的传播相速就越低；反之，子喇叭12的宽度越窄，电磁波的传播相速就越高。来自第一端口5的电磁波信号从第二端口6进入到基片集成波导喇叭天线2，在向天线2的口径面13方向传播一段距离后，遇到一条或者数条缝隙3，就分成两路或者多路，进入子喇叭12传播，再通过子喇叭12到达天线的口径面13；在天线口径面13上的电磁波，是通过不同子喇叭12到达的，而且各路经过的路径长度有差异，到达天线口径面13的边缘的电磁波所经过的路程较远，但经过的子喇叭12的宽度较窄，电磁波的相速较快；而到达天线口径面13中心附近的电磁波所经过路程较近，但经过的子喇叭12的宽度较宽，电磁波的相速较慢。这样通过不同子喇叭12到达天线口径面13电磁波的相位保持一致，就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13实现特定的相位分布。

另外如果缝隙3到口径面13上，由于缝隙3内部的场强相对缝隙3两边的场强要小一些，特别是缝隙3比较宽时更是如此，这样导致天线口径面13上缝隙所在的区域场强比较小，使得场强发布不均匀；但缝隙3离口径面13有一定距离，就可以避免上述问题，这样口径面13的场强分布也相对更均匀以及天线的有效辐射面积也变大。

在基片集成波导喇叭天线第一金属平面8上的缝隙3与第二金属平面10上的缝隙3一一对应，在基片集成波导喇叭天线第一金属平面8上的缝隙3与第二金属平面10上的缝隙3的形状一样、数量相等，第一金属平面8上的缝隙3在第一金属平面8上的位置与第二金属平面10上的缝隙3在第二金属平面10上的位置一样。

在工艺上，缝隙内嵌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，缝隙3的形状可以是直线、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；基片集成波导喇叭天线(2)中的第一金属平面(8)和第二金属平面(10)均有数条缝隙(3)，缝隙(3)的长度大于一个波长，缝隙(3)的一端在基片集成波导天线(2)的内部，缝隙(3)的另一端靠近但不到天线口径面(13)，缝隙(3)在基片集成波导喇叭(2)的内部形成多个子喇叭(12)；

所述的缝隙(3)的形状是折线、指数线和其它曲线等，不同缝隙(3)的宽度可以是不同的，每条缝隙(3)的宽度可以是不均匀的；

所述的一条或数条缝隙(3)中，调整相邻两条缝隙(3)之间的距离、或者调整一条缝隙(3)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、或者改变一条或者多条缝隙(3)的长度，能够使得到达天线的口径面(13)上电磁波相位分布更均匀，或者使得到达天线的口径面(13)上电磁波相位按照需要分布；调节某条缝隙(3)的宽度，可以改变该条缝隙(3)两边的子喇叭(12)中电磁波的相速，能够使得到达天线的口径面(13)上电磁波相位分布更均匀，或者使得到达天线的口径面(13)上电磁波相位按照需要分布。

2.根据权利要求1所述的一种缝隙内嵌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所述的一种缝隙内嵌相位校准的平面喇叭天线，其特征在于所述的相邻两条缝隙(3)之间的距离要保证其主模可以传输而不被截止。

4.根据权利要求1所述的一种缝隙内嵌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。

5.根据权利要求1所述的一种缝隙内嵌相位校准的平面喇叭天线，其特征在于所述的缝隙(3)离天线口径面(13)的距离约为半个波长。