CN110323574B - 波导天线结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及波导天线结构及方法。所述结构包括发射单元、波导腔体单元、射频地单元，所述发射单元包括铜片，该铜片上具有发射缝隙；所述波导腔体单元包括在高频PCB材料上挖出的通透的凹槽和输入微带线，所述通透的凹槽具有电镀的金属层，并连接输入微带线；所述输入微带线所在表面为所述波导腔体单元的第一表面，与所述波导腔体单元第一表面相对的表面为所述波导腔体单元的第二表面；所述射频地单元包括铜皮；所述发射单元贴在所述波导腔体单元的第一表面，所述射频地单元贴在所述波导腔体单元的第二表面。通过以上设计，本发明提高了天线的带宽和发射效率。

Description

波导天线结构及方法
技术领域
本发明涉及波导天线结构及方法，尤其涉及提高天线发射效率的波导天线结构及方法。
背景技术
雷达已广泛应用于各种探测中，基本任务是探测目标，测定目标的距离、方向、角度等状态参数，雷达包括天线、发射机、接收机，发射机产生足够的电磁能量经过收发转换开关传送给天线，天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在一个很窄的方向上形成波束，向前传播，电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取，天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，放大处理后形成雷达的回波信号。
雷达测量的准确性和天线的性能直接相关，要提高雷达分辨率，必须增加雷达系统的天线的发射效率和带宽。
在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地极，一面用光刻腐蚀等方法制成一定形状的金属贴片，再利用微带线或同轴探针对贴片馈电可以构成微带天线。传统的微带天线结构如图1所示，其包括导体贴片101、介质基片102、接地板103和微带馈线104。
贴片尺寸为W×L，微带贴片可看作宽W长L的一段微带传输线，一般取L＝λ/2，λ为微带线的波长。
由于传统的微带天线具有上述结构，高频电信号在微带线上传输时带来损耗，包括介质损耗和导体损耗，主要是导体损耗，这样导致一个天线阵列中，离输入端距离远的天线单元的发射效率低，而且，微带天线的工作频带宽度太窄，使得天线存在带宽有限、发射效率低等问题。
鉴于此，在实际应用中，如何在低加工成本，即可由一般PCB(Printed CircuitBoard)工艺加工实现的情况下，得到大带宽、高发射效率的天线变得非常重要。
发明内容
本发明提出一种利用PCB板材厚度，形成波导腔体，通过电磁场耦合的方式完成电信号的电磁转换，避免了采用微带天线时，高频信号在PCB上传输的损耗，从而增大了天线效率，同时提高了天线的可利用带宽。
本发明所提供的波导天线结构，包括发射单元、波导腔体单元、射频地单元；
所述发射单元包括铜片，该铜片上具有发射缝隙；
所述波导腔体单元包括在高频PCB材料上挖出的通透的凹槽和输入微带线，所述通透的凹槽具有电镀的金属层，并连接输入微带线；
所述输入微带线所在表面为所述波导腔体单元的第一表面，与所述波导腔体单元第一表面相对的表面为所述波导腔体单元的第二表面；
所述射频地单元包括铜皮；
所述发射单元贴在所述波导腔体单元的第一表面，所述射频地单元贴在所述波导腔体单元的第二表面。
进一步地，所述波导腔体单元上的通透的凹槽为矩形，矩形两个长边和一个短边对应的表面具有电镀的金属层，另外一个短边连接所述输入微带线。
更进一步地，所述发射单元的铜片为矩形，铜片的大小与所述波导腔体单元的矩形通透的凹槽的大小相匹配。
进一步地，所述发射缝隙为窄缝形通孔。
更进一步地，所述射频地单元的铜皮为一整块。
更进一步地，所述发射单元、所述波导腔体单元和所述射频地单元通过PCB加工和简单的焊接工艺组合在一起。
本发明还提供一种利用如上所述的波导天线结构进行电磁信号辐射的方法，包括以下步骤:
第一，利用所述波导腔体单元的输入微带线进行射频信号输入；
第二，利用所述通透的凹槽、所述铜片和所述铜皮形成的波导腔体接收射频信号输入，通过磁场耦合的方式完成电磁转换；
第三，利用所述发射单元的铜片上的发射缝隙将电磁信号辐射到空间中。
与现有技术相比，本发明有以下优点；
基于此发明结构设计的天线具有高效率、大带宽的特点，且可以通过一般PCB加工工艺来实现。
附图说明
图1传统微带天线的结构示意图。
图2是本发明所设计的波导天线结构的分解立体图。
图3是本发明所设计的波导天线结构的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明中一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，所属技术领域中具有通常知识者可进行各种变更及置换，且所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。
参见图2，表示出了本发明一个实施例的波导天线结构，包括发射单元1、波导腔体单元2、射频地单元3。
其中发射单元1位于最上层，波导腔体单元2位于中层，射频地单元3位于最下层。
如图2所示，发射单元1由一块矩形铜片构成，铜片上有若干用于向外辐射电磁波的发射缝隙11。发射缝隙11为窄缝状通孔，与矩形的长边平行。
波导腔体单元2包括在高频PCB材料上挖出的通透的凹槽21和输入微带线22。通透的凹槽21为矩形，如图所示，其经由将高频PCB材料挖透而形成，凹槽21的深度与PCB材料的板材厚度相同。矩形凹槽21的两个长边212和一条短边213对应的面上有电镀的金属层211，这里的金属可以是铜，也可以是其他金属，只要能够有效导电就可以。矩形凹槽21的另外一条短边214对应的面上没有进行金属化电镀，矩形凹槽21的这一面连接输入微带线22。
射频地单元3包括一整块铜皮，这一整块铜皮形成射频地31。
输入微带线22所在的表面为波导腔体单元2的第一表面23，与之相对的表面为波导腔体单元2的第二表面24。如图2所示，发射单元1贴在波导腔体单元2的第一表面23上，射频地单元3贴在波导腔体单元2的第二表面24上。发射单元1、波导腔体单元2和射频地单元3的连接可以通过PCB加工和简单的焊接工艺来完成。使用这样设计的天线避免了采用微带天线时高频信号在PCB上的传输损耗，具有更高的发射效率。
参见图3，其为上述波导天线结构的俯视图，可以看到发射单元1与波导腔体单元2，但射频地单元3被波导腔体单元2挡住。发射单元1为矩形铜片，波导腔体单元2的通透的凹槽21也为矩形，发射单元1的铜片大小与波导腔体单元2的通透的凹槽21的大小相匹配，铜片刚好可以盖在矩形通透的凹槽21上。发射单元1上分布着若干发射缝隙11，发射缝隙11为窄缝状通孔，与矩形的长边平行。在图2中还可以看到，矩形通透的凹槽21两条长边212和一条短边213对应的面上进行了金属化电镀，有金属层211，连接输入微带线22的一条短边214对应的面上没有进行电镀。
本发明还提供了利用图2所示的波导天线结构进行电磁辐射的方法，包括以下步骤:
首先，利用所述输入微带线22进行射频信号输入，输入微带线22的一端连接射频信号，另外一端连接通透的凹槽21；
然后，通透的凹槽21、发射单元1的铜片和射频地单元3的铜皮形成波导腔体，利用波导腔体接收射频信号输入，射频信号在波导腔体内通过电磁场耦合的方式完成电磁转换；
最后，利用铜片上的发射缝隙11将电磁信号辐射到空间中。
以上内容是结合具体的较佳实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种波导天线结构，其特征在于，包括发射单元、波导腔体单元、射频地单元；
所述发射单元包括铜片，该铜片上具有发射缝隙；
所述波导腔体单元包括在高频PCB材料上挖出的通透的凹槽和输入微带线，所述通透的凹槽具有电镀的金属层，并连接输入微带线；
所述输入微带线所在表面为所述波导腔体单元的第一表面，与所述波导腔体单元第一表面相对的表面为所述波导腔体单元的第二表面；
所述射频地单元包括铜皮；
其中，所述发射单元位于最上层，所述波导腔体单元位于中层，所述射频地单元位于最下层，所述发射单元贴在所述波导腔体单元的第一表面，所述射频地单元贴在所述波导腔体单元的第二表面。
2.如权利要求1所述的波导天线结构，其特征在于，所述波导腔体单元上的通透的凹槽为矩形，矩形两个长边和一个短边对应的表面具有电镀的金属层，另外一个短边连接所述输入微带线。
3.如权利要求1所述的波导天线结构，其特征在于，所述发射单元的铜片为矩形，铜片的大小与所述波导腔体单元的矩形通透的凹槽的大小相匹配。
4.如权利要求1所述的波导天线结构，其特征在于，所述发射单元的铜片上的发射缝隙为窄缝形通孔。
5.如权利要求1所述的波导天线结构，其特征在于，所述射频地单元的铜皮为一整块。
6.如权利要求1所述的波导天线结构，其特征在于，所述发射单元、所述波导腔体单元和所述射频地单元通过PCB加工和简单的焊接工艺组合在一起。
7.利用如权利要求1所述的波导天线结构进行电磁信号辐射的方法，其特征在于，包括以下步骤:
第一，利用所述波导腔体单元的输入微带线进行射频信号输入；
第二，利用所述通透的凹槽、所述铜片和所述铜皮形成的波导腔体接收射频信号输入，通过磁场耦合的方式完成电磁转换；
第三，利用所述发射单元的铜片上的发射缝隙将电磁信号辐射到空间中。
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