CN104752820A - 一种背腔缝隙天线阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于SIW工艺和介质谐振器结构的背腔缝隙天线阵列。技术方案包括金属背腔，两层介质基板，SIW馈电网络，带线馈电网络和若干组介质谐振器组。金属背腔为长方体结构，表面开有若干相同的分布均匀的矩形截面凹槽，长方体下表面固定有SIW馈电网络。两层介质基板重叠后固定在金属背腔开有凹槽的一面。带线馈电网络夹在两层介质基板中间，通过同轴探针与SIW馈电网络电连接。每组介质谐振器组包括两块相同的介质谐振器，两块介质谐振器重叠固定于介质基板。本发明具有带宽宽，效率高的特点，可以广泛应用于宽带雷达系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于宽带雷达系统技术领域的天线，更具体的说是一种基于SIW(Substrate Integrated Waveguide，基片集成波导)工艺和介质谐振器结构的背腔缝隙天线阵列。
背景技术
缝隙天线由于其结构紧凑且易于共形的特点，在设计飞行器天线时常常被优先考虑。典型的缝隙天线由简单的微带线馈电，在介质基片的金属底面上开设缝隙来向空间辐射电磁能量。在实际应用中，缝隙天线往往需要实现单向辐射，通常的解决方案是在缝隙的后面加一个金属腔或者反射壁。1963年，Galejs首次提出了带背腔的矩形缝隙天线，并对这种背腔缝隙天线进行了详细的理论分析，推导了天线单元的导纳计算公式。由于结构简单、效率高且具有单向辐射特性，背腔缝隙天线已在雷达，卫星通讯、广播电视以及空间飞行器通信领域得到了广泛的应用。但是，背腔的引入极大地限制了天线的集成性能。
1939年美国斯坦福大学的Richtmyer就指出介质谐振器能向自由空间辐射电磁波；到九十年代，DRA(Dielectric Resonator Antenna，介质谐振器天线)已成为天线技术研究的一个热点，研究人员发表了大量相关文献。DRA一般由低损耗高介电常数的介质材料制成。相对于传统天线，DRA主要有辐射效率高，馈电方式简单，体积小，重量轻等优点。DRA的损耗主要来自于介质，该优点在毫米波和亚毫米波频段天线应用中尤为突出。DRA可以采用多种结构简单的激励方式，且通过改变馈电位置可以控制输入阻抗，易于匹配。目前DRA已经广泛应用于Bluetooth、WLAN、PHS等通信系统中，并在雷达、移动卫星通信、 相控阵雷达等领域显示出巨大的应用价值。
1998年，Hirokawat和Uchimuratloi分别提出了金属通孔构成的阵列结构，该结构可以起到和金属壁相似的作用。用两排金属通孔阵列和上下导体表面就能模拟矩形金属波导，从而把电磁波限制在一定的范围内单向传输。在此基础上，加拿大蒙特利尔大学的吴柯教授于2001首次提出了SIW的概念，并将这一概念应用于低成本、低损耗和高Q值微波振荡器的设计。经过近几年的发展，SIW的理论技术逐渐完善和成熟。利用SIW谐振腔取代金属背腔，所设计的天线可以非常方便的与其它电路进行集成，很好的克服了背腔缝隙天线不易集成的特性。
发明内容
本发明的目的是提出了一种基于SIW工艺和介质谐振器结构的背腔缝隙天线阵列，该背腔缝隙天线阵列具有带宽宽，效率高的特点，可以广泛应用于宽带雷达系统中。
本发明的技术方案是：一种背腔缝隙天线阵列，包括金属背腔，两层介质基板，SIW馈电网络，带线馈电网络和若干组介质谐振器组。其特征在于，金属背腔为长方体结构，长方体上表面开有若干相同的分布均匀的矩形截面凹槽，长方体下表面固定有SIW馈电网络。两层介质基板的非覆铜面重叠后固定在金属背腔开有凹槽的一面。带线馈电网络通过覆铜夹在两层介质基板中间，通过同轴探针与SIW馈电网络电连接。两层介质基板的覆铜面与金属背腔凹槽对应处，通过金属蚀刻开有若干长方形缝隙；每组介质谐振器组相同，一组介质谐振器组包括两块相同的介质谐振器，每块介质谐振器均为横截面是正方形的长方体；两块介质谐振器重叠固定于未接触金属背腔的介质基板上，每组介质谐振器组将一个长方形缝隙覆盖。
本发明的有益效果为：
背腔缝隙天线阵列由于背腔的引入所以具有较宽的阻抗频带特性；介质谐振器具有结构尺寸小，损耗低的优点，将它引入到背腔缝隙天线阵列中，进一步提高了天线效率，展宽了天线的频带。采用SIW馈电网络作为主馈电网络，采用带线馈电网络作为次级馈电网络，通过主次两级馈电网络间的高效宽带耦合结构实现宽带高效馈电。
附图说明
图1是本发明中提及的金属背腔的结构示意图；
图2是本发明中提及的介质基板的结构示意图；
图3是本发明中提及的SIW馈电网络的结构示意图；
图4是本发明中的剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的进行详细说明。
本发明提供的背腔缝隙天线阵列包括金属背腔1，两层介质基板2和3，带线馈电网络4，SIW馈电网络5，介质谐振器6和7，介质谐振器8和9。
图1是本发明中提及的金属背腔的结构示意图。如图所示，金属背腔1为长方体结构，长方体上表面13开有多于1个的矩形截面凹槽12，矩形截面凹槽12未贯穿金属背腔1，矩形截面凹槽12的长度、宽度和深度根据实际情况确定，背腔缝隙天线阵列的频率越高，长度、宽度和深度的尺寸越小。
图2是本发明中提及的介质基板的结构示意图。如图所示，两层介质基板2和3相同，均为长方形，长方形的形状与所固定金属背腔上表面13形状相同。两层介质基板2和3均为单面覆铜结构，介质基板2的覆铜面21，介质基板3的覆铜面31，两层介质基板重叠时非覆铜面22和32重叠在一起。介质基板2 的覆铜面通过金属蚀刻开有分布均匀的长方形缝隙23，本图中所示的介质基板2的覆铜面蚀刻有长方形缝隙共64个，长方形缝隙23的数目与金属背腔1的矩形截面凹槽12数目相同，并且位置对应，长方形缝隙23的大小根据需要确定。通常背腔缝隙天线阵列的频率越高，尺寸越小。介质基板3的覆铜面通过金属蚀刻开有分布均匀的长方形缝隙33，分布和数目与介质基板2的长方形缝隙23相同。带线馈电网络4通过覆铜夹在两层介质基板的非覆铜面22和32中间。
图3是本发明中提及的SIW馈电网络的结构示意图。如图所示，SIW馈电网络5通过同轴探针51与带线馈电网络4电连接。
图4是本发明的剖视结构示意图。如图所示，背腔缝隙天线阵列包括金属背腔1，介质基板2、3，带线馈电网络4，SIW馈电网络5，两组介质谐振器组，一组介质谐振器组包括介质谐振器6和介质谐振器7，另一组介质谐振器组包括介质谐振器8和介质谐振器9。介质基板2、3通过螺钉固定在金属背腔1上，介质谐振器6与介质谐振器7重叠放置并用粘合剂粘合，并且都通过粘合剂粘合固定于介质基板2上，每组介质谐振器组将一个长方形缝隙23覆盖，长方形缝隙23的数目和介质谐振器组的数目相同。SIW馈电网络5通过螺钉固定在金属背腔1上，同轴探针51穿过金属背腔1，与带线馈电网络4电连接。
Claims (1)
1.一种背腔缝隙天线阵列，包括金属背腔，两层介质基板，SIW馈电网络，带线馈电网络和若干组介质谐振器组，SIW即基片集成波导，其特征在于，金属背腔为长方体结构，长方体上表面开有若干相同的分布均匀的矩形截面凹槽，长方体下表面固定有SIW馈电网络；两层介质基板相同，两层介质基板的非覆铜面重叠后固定在金属背腔开有凹槽的一面；带线馈电网络通过覆铜夹在两层介质基板中间，通过同轴探针与SIW馈电网络电连接；两层介质基板的覆铜面与金属背腔凹槽对应处，通过金属蚀刻开有若干长方形缝隙；每组介质谐振器组相同，一组介质谐振器组包括两块相同的介质谐振器，每块介质谐振器均为横截面是正方形的长方体；两块介质谐振器重叠固定于未接触金属背腔的介质基板上，每组介质谐振器组将一个长方形缝隙覆盖。
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