CN105071046B - 一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线 - Google Patents

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Abstract

一种基于基片集成波导加载型Ka波段喇叭天线，它涉及一种Ka波段喇叭天线，具体涉及一种基于基片集成波导加载型Ka波段喇叭天线。本发明为了解决现有Ka波段H面喇叭天线的增益较低，无法满足实际需要的问题。本发明包括介质基板、正面喇叭结构、背面喇叭结构、正面微带线和背面微带线，介质基板是长方形板体，介质基板的正面和背面分别印刷有上金属层和下金属层，正面喇叭结构设置在介质基板正面的中下部，且正面喇叭结构沿长度方向的中心线与介质基板沿长度方向的中心线垂直，正面喇叭结构的下端通过正面微带线与介质基板正面的下长边连接。本发明用于无线通信领域。

Description

一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线
技术领域
本发明涉及一种Ka波段喇叭天线，具体涉及一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线，属于无线通信领域。
背景技术
基片集成波导技术用作馈电结构并不复杂，因此在平面喇叭天线的设计中获得了广泛应用，例如H面喇叭天线等。利用反射面优化口径场的分布，还可以实现诸如高增益或者低副瓣的结果。由于单一的H面喇叭天线增益较低，限制了这类天线的应用，所以在喇叭天线上加载反射面实现高增益就成为一种有效的方法。
发明内容
本发明为解决现有Ka波段H面喇叭天线的增益较低，无法满足实际需要的问题，进而提出一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括介质基板、正面喇叭结构、背面喇叭结构、正面微带线和背面微带线，介质基板是长方形板体，介质基板的正面和背面的中上部分别印刷有上金属层和下金属层，正面喇叭结构设置在介质基板正面的中下部，且正面喇叭结构沿长度方向的中心线与介质基板沿长度方向的中心线垂直，正面喇叭结构的下端通过正面微带线与介质基板正面的下长边连接，背面喇叭结构设置在介质基板背面的中下部，且背面喇叭结构沿长度方向的中心线与介质基板沿长度方向的中心线垂直，背面喇叭结构的下端通过背面微带线与介质基板背面的下长边连接，介质基板正面的中上部沿介质基板长度方向设有多个第一金属化过孔，多个第一金属化过孔呈下凹的弧线设置，正面喇叭结构的两侧对称设有两排第二金属化过孔，每排第二金属化过孔沿介质基板的长度方向呈下凹的弧线设置，所述上金属层和下金属层均为沿介质基板的长度方向呈下凹的弧形金属带条，每个第一金属化过孔均由上至下依次穿过所述上金属层、介质基板、所述下金属层，每个第二金属化过孔均由上至下穿过介质基板。
本发明的有益效果是：仿真结果表明，本发明所设计的基于基片集成波导加载型Ka波段喇叭天线工作频率在34～37GHz频率范围。在工作频段内，天线的反射系数小于-10dB，在35.5GHz时增益达到16.37dB，副瓣电平为-10.7dB。本发明设计的是基于基片集成波导的Ka波段喇叭天线在基于基片集成波导的H面喇叭的基础上，利用金属化过孔阵列组成的抛物柱面及双曲柱面栅格作为加载，最终获得了一种平面化的卡塞格伦天线。天线在34GHz～37GHz的频率范围内获得了反射系数小于-10dB及70％以上的口面利用率，并且在辐射方向上具有较小的尺寸。
附图说明
图1是本发明的正面结构示意图，图2是本发明的背面结构示意图，图3是正面喇叭结构的放大图，图4是背面喇叭结构的放大图，图5是本发明反射系数的仿真结果示意图，图6是本发明H面方向图的仿真结果示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种基于基片集成波导加载型Ka波段喇叭天线包括介质基板1、正面喇叭结构2、背面喇叭结构3、正面微带线4和背面微带线5，介质基板1是长方形板体，介质基板1的正面和背面分别印刷有上金属层9和下金属层10，正面喇叭结构2设置在介质基板1正面的中下部，且正面喇叭结构2沿长度方向的中心线与介质基板1沿长度方向的中心线垂直，正面喇叭结构2的下端通过正面微带线4与介质基板1正面的下长边连接，背面喇叭结构3设置在介质基板1背面的中下部，且背面喇叭结构3沿长度方向的中心线与介质基板1沿长度方向的中心线垂直，背面喇叭结构3的下端通过背面微带线5与介质基板1背面的下长边连接，介质基板1正面的中上部沿介质基板1长度方向设有多个第一金属化过孔6，多个第一金属化过孔6呈下凹的弧线设置，正面喇叭结构2的两侧对称设有两排第二金属化过孔7，每排第二金属化过孔7沿介质基板1的长度方向呈下凹的弧线设置，所述上金属层9和下金属层10均为沿介质基板1的长度方向呈下凹的弧形金属带条，每个第一金属化过孔6均由上至下依次穿过所述上金属层9、介质基板1、所述下金属层10，每个第二金属化过孔7均由上至下穿过介质基板1。
具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线的正面喇叭结构2由第一倒置等腰梯形段2-1和第一长方形段2-2由上至下依次连接组成，第一倒置等腰梯形段2-1的短底边与第一长方形段2-2的一个短边连接，第一长方形段2-2的另一个短边与正面微带线4的上端连接，背面喇叭结构3由第二倒置等腰梯形段3-1和第二长方形段3-2由上至下依次连接组成，第二倒置等腰梯形段3-1的短底边与第二长方形段3-2的一个短边连接，第二长方形段3-2的另一个短边与背面微带线5的上端连接，第一倒置等腰梯形段2-1和第一长方形段2-2的两侧边缘均设有多个第三金属化过孔8，每个第三金属化过孔8依次穿过正面喇叭结构2、介质基板1、背面喇叭结构3。
本实施方式的技术效果是：如此设置，可以使所设计的加载型天线具有渐变形式的馈源，从而实现馈源阻抗特性的优化。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线的介质基板1的长度为190mm，介质基板1的宽度为74.5mm，介质基板1的厚度为3mm，介质基板1的相对介电常数为4.4～4.6。
本实施方式的技术效果是：如此设置，可以使所设计的天线在满足电气指标的情况下具有较小的结构尺寸。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体还是方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线的正面微带线4的上段4-1的长度L1为12.5mm，正面微带线4的上段4-1短边的宽度W1为3mm，正面微带线4的上段4-1长边的宽度W2为5.5mm，正面微带线4的下段4-2的长度L2为5.5mm，正面微带线4的下段4-2的宽度W3为5.5mm，背面微带线5的长度L3为13.5mm，背面微带线5的宽度W4为14mm。
本实施方式的技术效果是：如此设置，可以使所设计天线的输入阻抗接近于SMA型同轴接头的阻抗(50Ω)，便于馈电。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线的第一倒置梯形段2-1和第二倒置梯形段3-1的短底边的长度均为3mm，第一倒置梯形段2-1和第二倒置梯形段3-1的长底边的长度均为9mm，第一倒置梯形段2-1和第二倒置梯形段3-1的长度L4均为14.2mm，第一长方形段2-2和第二长方形段3-2的长度L5均为11.8mm，第一长方形段2-2和第二长方形段3-2的宽度均为3mm。
本实施方式的技术效果是：如此设置，可以使所设计天线的输入阻抗接近于SMA型同轴接头的阻抗(50Ω)，便于馈电和减小反射。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
工作原理
本发明基于基片集成波导喇叭天线采用印刷金属层，介质基板以及金属化过孔形成H面喇叭天线结构，并通过加载金属化孔栅网来形成主副反射面，优化了口面场结构，从而提高了天线增益。

Claims (4)

1.一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线，其特征在于：所述一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线包括介质基板(1)、正面喇叭结构(2)、背面喇叭结构(3)、正面微带线(4)和背面微带线(5)，介质基板(1)是长方形板体，介质基板(1)的正面和背面的中上部分别印刷有上金属层(9)和下金属层(10)，正面喇叭结构(2)设置在介质基板(1)正面的中下部，且正面喇叭结构(2)沿长度方向的中心线与介质基板(1)沿长度方向的中心线垂直，正面喇叭结构(2)的下端通过正面微带线(4)与介质基板(1)正面的下长边连接，背面喇叭结构(3)设置在介质基板(1)背面的中下部，且背面喇叭结构(3)沿长度方向的中心线与介质基板(1)沿长度方向的中心线垂直，背面喇叭结构(3)的下端通过背面微带线(5)与介质基板(1)背面的下长边连接，介质基板(1)正面的中上部沿介质基板(1)长度方向设有多个第一金属化过孔(6)，多个第一金属化过孔(6)呈下凹的弧线设置，正面喇叭结构(2)的两侧对称设有两排第二金属化过孔(7)，每排第二金属化过孔(7)沿介质基板(1)的长度方向呈下凹的弧线设置，所述上金属层(9)和下金属层(10)均为沿介质基板(1)的长度方向呈下凹的弧形金属带条，每个第一金属化过孔(6)均由上至下依次穿过所述上金属层(9)、介质基板(1)、所述下金属层(10)，每个第二金属化过孔(7)均由上至下穿过介质基板(1)；正面喇叭结构(2)由第一倒置等腰梯形段(2-1)和第一长方形段(2-2)由上至下依次连接组成，第一倒置等腰梯形段(2-1)的短底边与第一长方形段(2-2)的一个短边连接，第一长方形段(2-2)的另一个短边与正面微带线(4)的上端连接，背面喇叭结构(3)由第二倒置等腰梯形段(3-1)和第二长方形段(3-2)由上至下依次连接组成，第二倒置等腰梯形段(3-1)的短底边与第二长方形段(3-2)的一个短边连接，第二长方形段(3-2)的另一个短边与背面微带线(5)的上端连接，第一倒置等腰梯形段(2-1)和第一长方形段(2-2)的两侧边缘均设有多个第三金属化过孔(8)，每个第三金属化过孔(8)依次穿过正面喇叭结构(2)、介质基板(1)、背面喇叭结构(3)；两排第二金属化过孔(7)整体呈抛物线形状。
2.根据权利要求1所述一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线，其特征在于：介质基板(1)的长度为190mm，介质基板(1)的宽度为74.5mm，介质基板(1)的厚度为3mm，介质基板(1)的相对介电常数为4.4～4.6。
3.根据权利要求1所述一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线，其特征在于：正面微带线(4)的上段(4-1)的长度(L1)为12.5mm，正面微带线(4)的上段(4-1)短边的宽度(W1)为3mm，正面微带线(4)的上段(4-1)长边的宽度(W2)为5.5mm，正面微带线(4)的下段(4-2)的长度(L2)为5.5mm，正面微带线(4)的下段(4-2)的宽度(W3)为5.5mm，背面微带线(5)的长度(L3)为13.5mm，背面微带线(5)的宽度(W4)为14mm。
4.根据权利要求1所述一种基于基片集成波导的加载型Ka波段喇叭天线，其特征在于：第一倒置等腰梯形段(2-1)和第二倒置等腰梯形段(3-1)的短底边的长度均为3mm，第一倒置等腰梯形段(2-1)和第二倒置等腰梯形段(3-1)的长底边的长度均为9mm，第一倒置等腰梯形段(2-1)和第二倒置等腰梯形段(3-1)的长度(L4)均为14.2mm，第一长方形段(2-2)和第二长方形段(3-2)的长度(L5)均为11.8mm，第一长方形段(2-2)和第二长方形段(3-2)的宽度均为3mm。
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