CN111244627A - 波导缝隙阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种波导缝隙阵列天线,包括介质基板及分别设于介质基板两侧面的第一金属板和第二金属板,第一金属板上设有贯穿介质基板电连接至第二金属板的金属柱阵列,金属柱阵列将第一金属板分为在第一金属板一端横向延伸的汇集区及若干自汇集区一侧纵向延伸的辐射线区,汇集区上设有具有多路输出端的功率分配器和一一设于各辐射线区内的多条辐射线阵,每路输出端连接一条辐射线阵并馈电,辐射线阵由多个成型于第一金属板上的缝隙且沿辐射线区纵长方向排列而成,同一辐射线阵的各缝隙的中心点依次交错排布于辐射线阵的两侧,且同一辐射线阵各缝隙的中心点与中轴面距离自辐射线阵的中部向两端对称地逐级递减。本实施例减小了导体损耗。
Description
技术领域
本发明实施例涉及天线技术领域,尤其涉及一种波导缝隙阵列天线。
背景技术
阵列天线是毫米波雷达的关键部件,常用天线形式有微带、波导缝隙、透镜三种,其中微带阵列天线因其结构形式简单、易加工、易集成等特点应用最为广泛。现有的高频段(例如:77GHz)通常采用微带阵列天线,但是,由于微带阵列天线的介质基板容易激励起表面波而增加损耗,降低辐射效率,产生非必要的辐射,最终导致方向图较差;另外,微带阵列天线的馈电网络相对复杂,导致在传输路径存在较大的导体损耗,而且由馈电网络产生的辐射,同样影响了天线的方向图,增益较低。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种波导缝隙阵列天线,能有效的应用于高频段,而且降低能量损耗。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供以下技术方案:一种波导缝隙阵列天线,包括介质基板以及分别贴设于介质基板两侧面的第一金属板和第二金属板,所述第一金属板上设置有沿预定路线排布且贯穿所述介质基板电连接至第二金属板的金属柱阵列,所述金属柱阵列将第一金属板分隔为在第一金属板一端横向延伸的汇集区以及若干条自所述汇集区一侧向第一金属板另一端纵向延伸的辐射线区,所述第一金属板上还成型有设置于汇集区且具有多路输出端的功率分配器和一一对应设置于各辐射线区内的多条辐射线阵,每路输出端对应连接一条辐射线阵并馈电,所述辐射线阵由多个成型于第一金属板上的缝隙且沿辐射线区纵长方向排列而成,同一辐射线阵的各缝隙的中心点依次交错排布于辐射线阵纵向的中轴面的两侧,且同一辐射线阵的各缝隙的中心点与所述中轴面的距离自辐射线阵的中部向两端对称地逐级递减。
进一步的,所述缝隙呈长方体状且长度等于自身的谐振长度。
进一步的,所述多条辐射线阵的结构均相同并且等间距地平行设置。
进一步的,同一辐射线阵的自辐射线阵的中部向两端对称地逐级递减分布的各缝隙中心点与所述中轴面的距离对应按切比雪夫渐削。
进一步的,每条辐射线阵中的缝隙数为偶数个,同一辐射线阵的各个缝隙的长度均相同,其中紧邻所述辐射线阵对称中心的两个缝隙与所述中轴线的距离相等。
进一步的,所述第一金属板、介质基板和第二金属板上对应于所述预定路线的位置开设有依次贯穿所述第一金属板、介质基板和第二金属板的第一金属过孔,所述金属柱阵列的各根第一金属柱分别一一对应地嵌设于所述第一金属过孔内而将所述第一金属板与所述第二金属板电连接。
进一步的,所述功率分配器包括沿汇集区横向延伸的主馈线,所述主馈线远离辐射线区的一侧的中部构成输入端,所述主馈线位于所述输入端两侧的部分相互对称,所述主馈线靠辐射线区的一侧自中部向两个末梢端依次对称地形成所述输出端。
进一步的,所述主馈线上还在对应于每个输出端的预定位置处成型有连通第一金属板、介质基板和第二金属板用于调节各个输出端的相位及进行功率分配的第二金属过孔,所述第二金属过孔内还均插接有两端分别电连接所述第一金属板与所述第二金属板的第二金属柱。
进一步的,所述各输出端的电流分配按切比雪夫方式自所述主馈线的中部向两末梢端逐级递减而确定每个所述第二金属过孔的位置。
采用上述技术方案后,本发明实施例至少具有如下有益效果:本发明实施例通过第一金属板上还成型有设置于汇集区且具有多路输出端的功率分配器和一一对应设置于各辐射线区内的多条辐射线阵,而且每路输出端对应连接一条辐射线阵并馈电,辐射线阵由多个成型于第一金属板上的缝隙且沿辐射线区纵长方向排列而成,同一辐射线阵的各缝隙的中心点依次交错排布于辐射线阵纵向的中轴面的两侧,且同一辐射线阵的各缝隙的中心点与所述中轴面的距离自辐射线阵的中部向两端对称地逐级递减,结构简单,根据缝隙天线的原理,辐射线阵的辐射能量自中部对称地向两端逐级递减;另外,根据具体测得,本发明实施例提供的波导缝隙阵列天线应用于高频段时,减小了导体损耗以及表面波引起的辐射损耗;而且由于每条辐射线阵之间金属柱环形阵列的隔离,也能有效的缓解了辐射线阵之间的互偶。
附图说明
图1为本发明波导缝隙阵列天线一个可选实施例分拆状态的结构示意图。
图2为本发明波导缝隙阵列天线一个可选实施例组合状态的结构示意图。
图3为本发明波导缝隙阵列天线一个可选实施例的平面结构示意图。
图4为本发明波导缝隙阵列天线一个可选实施例的单个缝隙等效导纳仿真示意图。
图5为本发明波导缝隙阵列天线一个可选实施例的仿真示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。应当理解,以下的示意性实施例及说明仅用来解释本发明,并不作为对本发明的限定,而且,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
如图1-图3所示,本发明一个可选实施例提供一种波导缝隙阵列天线,包括介质基板1以及分别贴设于介质基板1两侧面的第一金属板3和第二金属板5,所述第一金属板3上设置有沿预定路线排布且贯穿所述介质基板1电连接至第二金属板5的金属柱阵列30,所述金属柱阵列30将第一金属板3分隔为在第一金属板3一端横向延伸的汇集区32以及若干条自所述汇集区32一侧向第一金属板3另一端纵向延伸的辐射线区34,所述第一金属板3上还成型有设置于汇集区32且具有多路输出端361的功率分配器36和一一对应设置于各辐射线区34内的多条辐射线阵38,每路输出端361对应连接一条辐射线阵38并馈电,所述辐射线阵38由多个成型于第一金属板3上的缝隙381且沿辐射线区34纵长方向排列而成,同一辐射线阵38的各缝隙381的中心点依次交错排布于辐射线阵38纵向的中轴面的两侧,且同一辐射线阵38的各缝隙381的中心点与所述中轴面的距离自辐射线阵38的中部向两端对称地逐级递减。
本发明实施例通过第一金属板3上还成型有设置于汇集区32且具有多路输出端361的功率分配器36和一一对应设置于各辐射线区34内的多条辐射线阵38,而且每路输出端361对应连接一条辐射线阵38并馈电,辐射线阵38由多个成型于第一金属板3上的缝隙381且沿辐射线区34纵长方向排列而成,同一辐射线阵38的各缝隙381的中心点依次交错排布于辐射线阵38纵向的中轴面的两侧,且同一辐射线阵38的各缝隙381的中心点与所述中轴面的距离自辐射线阵38的中部向两端对称地逐级递减,结构简单,根据缝隙天线的原理,辐射线阵38的辐射能量自中部对称地向两端逐级递减;另外,根据具体测得,本发明实施例提供的波导缝隙阵列天线应用于高频段时,减小了导体损耗以及表面波引起的辐射损耗;而且由于每条辐射线阵38之间金属柱阵列30的隔离,也能有效的缓解了辐射线阵38之间的互偶。
在本发明一个可选实施例中,所述缝隙381呈长方体状且长度等于自身的谐振长度。本发明实施例将缝隙381设置为矩形且长度等于自身的谐振长度,如图4所示,根据缝隙天线的原理,当缝隙381处于谐振状态时,其等效导纳的虚部为零,此时缝隙等效为纯电导,缝隙381的长度等于自身的谐振长度,在具体仿真设计过程中,通过改变缝隙381的长度使缝隙381处于谐振状态,减小天线了的导体损耗。
在本发明又一个可选实施例中,所述多条辐射线阵38的结构均相同并且等间距地平行设置。本实施例采用多条辐射线阵38的结构均相同并且等间距地平行设置,每条结构相同的辐射线阵38辐射效果相同,并且等间距地平行设置,有利于优化线路布局,减小占用面积,而且辐射的效果好,结构简单,易于实现。
在本发明另一个可选实施例中,同一辐射线阵38的自辐射线阵38的中部向两端对称地逐级递减分布的各缝隙381中心点与所述中轴面的距离对应按切比雪夫渐削。本实例例通过将同一辐射线阵38的自辐射线阵38的中部对称地向两端逐级分布的各缝隙381中心点与所述中轴线的距离对应按切比雪夫渐削,使得同一辐射线阵38的各个缝隙381的辐射能量自辐射线阵38中部对称地按切比雪夫渐削,实现能量的加权。
在本发明再一个可选实施例中,每条辐射线阵38中的缝隙381数为偶数个,同一辐射线阵38的各个缝隙381的长度均相同,其中紧邻所述辐射线阵38对称中心的两个缝隙381与所述中轴线的距离相等。在本实施例中,如图1-图3的实施例中,每条辐射线阵38中的缝隙381数为三十二个,根据具体实验仿真,通过上述设置,天线的辐射效果好,增益也较高。
在本发明又一个可选实施例中,所述第一金属板3、介质基板1和第二金属板5上对应于所述预定路线的位置开设有依次贯穿所述第一金属板3、介质基板1和第二金属板5的第一金属过孔50,所述金属柱阵列30的各根第一金属柱301分别一一对应地嵌设于所述第一金属过孔50内而将所述第一金属板3与所述第二金属板5电连接。本实施例通过设置第一金属过孔50,将金属柱阵列30的各根第一金属柱301通过安装于第一金属过孔50内即可将所述第一金属板3与所述第二金属板5电连接,安装结构简单,如图1-图3所示,按照矩形各侧边设置第一金属过孔50,有利于优化布局,结构也更加紧凑。
在本发明另一个可选实施例中,所述功率分配器36包括沿汇集区32横向延伸的主馈线363,所述主馈线363远离辐射线区34的一侧的中部构成输入端365,所述主馈线363位于所述输入端361两侧的部分相互对称,所述主馈线363靠辐射线区34的一侧自中部向两个末梢端依次对称地形成所述输出端361。本实施例功率分配器36远离辐射线区34的一侧的中部构成输入端361,而另一侧对称地设置所述输出端301,使得功率分配器30对每条辐射线阵32有效馈电。在如图1-图3的实施例中,所述功率分配器30共包括十六个输出端361,分别对应为十六条辐射线阵38馈电。
在本发明又一个可选实施例中,所述主馈线363上还在对应于每个输出端361的预定位置处成型有连通第一金属板3、介质基板1和第二金属板5用于调节各个输出端361的相位及进行功率分配的第二金属过孔303,所述第二金属过孔303内还均插接有两端分别电连接所述第一金属板3与所述第二金属板5的第二金属柱305。本发明实施例通过在主馈线363上设置第二金属过孔303和插接于第二金属过孔303的第二金属柱305而将所述第一金属板3与所述第二金属板5电连接,再具体计时,只需调整第二金属过孔303的具体位置,即可实现对各个输出端361的相位及进行功率分配进行有效的调节,非常的方便。
在本发明另一个可选实施例中,所述各输出端361的电流分配按切比雪夫方式自所述主馈线363的中部向两末梢端逐级递减而确定每个所述第二金属过孔303的位置。本发明实施例将各输出端361的电流分配按切比雪夫方式自所述主馈线363的中部向两末梢端逐级递减而确定每个所述第二金属过孔303的位置,使得各输出端361的电流分配按切比雪夫方式自所述主馈线363的对称点向两末梢端逐级递减,有利于减小功率分配器36对天线的方向图影响,天线的副瓣更低。
通过上述的结构设计,如图5所示,在具体仿真时测得,本发明实施例提供的波导缝隙阵列天线的天线增益达到29dB,副瓣电平,H面低于-20dB,E面低于-23dB。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种波导缝隙阵列天线,包括介质基板以及分别贴设于介质基板两侧面的第一金属板和第二金属板,所述第一金属板上设置有沿预定路线排布且贯穿所述介质基板电连接至第二金属板的金属柱阵列,所述金属柱阵列将第一金属板分隔为在第一金属板一端横向延伸的汇集区以及若干条自所述汇集区一侧向第一金属板另一端纵向延伸的辐射线区,所述第一金属板上还成型有设置于汇集区且具有多路输出端的功率分配器和一一对应设置于各辐射线区内的多条辐射线阵,每路输出端对应连接一条辐射线阵并馈电,其特征在于,所述辐射线阵由多个成型于第一金属板上的缝隙且沿辐射线区纵长方向排列而成,同一辐射线阵的各缝隙的中心点依次交错排布于辐射线阵纵向的中轴面的两侧,且同一辐射线阵的各缝隙的中心点与所述中轴面的距离自辐射线阵的中部向两端对称地逐级递减。
2.如权利要求1的波导缝隙阵列天线,其特征在于,所述缝隙呈长方体状且长度等于自身的谐振长度。
3.如权利要求1的波导缝隙阵列天线,其特征在于,所述多条辐射线阵的结构均相同并且等间距地平行设置。
4.如权利要求1的波导缝隙阵列天线,其特征在于,同一辐射线阵的自辐射线阵的中部向两端对称地逐级递减分布的各缝隙中心点与所述中轴面的距离对应按切比雪夫渐削。
5.如权利要求1所述的波导缝隙阵列天线,其特征在于,每条辐射线阵中的缝隙数为偶数个,同一辐射线阵的各个缝隙的长度均相同,其中紧邻所述辐射线阵对称中心的两个缝隙与所述中轴线的距离相等。
6.如权利要求1的波导缝隙阵列天线,其特征在于,所述第一金属板、介质基板和第二金属板上对应于所述预定路线的位置开设有依次贯穿所述第一金属板、介质基板和第二金属板的第一金属过孔,所述金属柱阵列的各根第一金属柱分别一一对应地嵌设于所述第一金属过孔内而将所述第一金属板与所述第二金属板电连接。
7.如权利要求6所述的波导缝隙阵列天线,其特征在于,所述功率分配器包括沿汇集区横向延伸的主馈线,所述主馈线远离辐射线区的一侧的中部构成输入端,所述主馈线位于所述输入端两侧的部分相互对称,所述主馈线靠辐射线区的一侧自中部向两个末梢端依次对称地形成所述输出端。
8.如权利要求7所述的波导缝隙阵列天线,其特征在于,所述主馈线上还在对应于每个输出端的预定位置处成型有连通第一金属板、介质基板和第二金属板用于调节各个输出端的相位及进行功率分配的第二金属过孔,所述第二金属过孔内还均插接有两端分别电连接所述第一金属板与所述第二金属板的第二金属柱。
9.如权利要求8所述的波导缝隙阵列天线,其特征在于,所述各输出端的电流分配按切比雪夫方式自所述主馈线的中部向两末梢端逐级递减而确定每个所述第二金属过孔的位置。
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