CN112103643A - 一种基于模式复合单脊波导的双极化漏波天线 - Google Patents

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康玉兴
杨鑫
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Abstract

本发明公开了一种基于模式复合单脊波导的双极化漏波天线，包括模式复合单脊波导、基于基片集成波导TE10模式的横缝周期漏波天线、基于基片集成单脊波导TE20模式的纵缝周期漏波天线、基片集成波导馈电网络、基片集成单脊波导馈电网络、微带线导体和介质基板。本发明可用于微波毫米波多频通信系统中，其优点是结构复合、小型化、轻量化、易集成，而且其具有超低交叉极化和低剖面的特性。

Description

一种基于模式复合单脊波导的双极化漏波天线
技术领域
本发明属于微波毫米波天线技术领域，涉及一种双极化漏波天线。
背景技术
漏波天线是现代通信以及雷达系统中常用的一种天线形式，因其具有高增益以及波束随频率变化扫描等特点，特别适用于高分辨雷达以及点对点卫星通信系统中。只是，随着现代通信以及雷达系统的快速发展，微波毫米波天线的电性能要求越来越高，同时还向着小型化、轻量化、集成化、低成本化的方向发展，因此，漏波天线的改进设计仍是科学界以及工业界的一大热点。
为实现漏波天线的双极化进而扩大通信系统的容量，Takayoshi SASAKI等人公开了一种使用接地共面传输线的双极化左手漏波天线(T.SASAKI,K.SATO,I.OSHIMA,N.MICHISHITA and K.CHO,"Dual-Polarized Left Handed Leaky Wave Antenna UsingGrounded Coplanar Transmission Line,"2018International Symposium on Antennasand Propagation(ISAP),Busan,Korea(South),2018,pp.1-2.)，通过加载特定的左手结构，实现了漏波天线各个部分馈电相位的改变进而形成双极化。只是该漏波天线存在结构复杂、加工成本高、使用频率较低等缺点。张庆乐等人公开了一种基于缝隙基片集成波导的双频双极化漏波天线(Q.Zhang,Q.Zhang,H.Liu and C.H.Chan,"Dual-Band and Dual-Polarized Leaky-Wave Antenna Based on Slotted SIW,"in IEEE Antennas andWireless Propagation Letters,vol.18,no.3,pp.507-511,March 2019.)，通过在基片集成波导的顶面上加载横向周期缝隙和底部加载周期圆形缝隙，实现天线的双极化双频带特性。只是电磁波在两种缝隙之间相互串扰导致交叉极化特性较差、增益降低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于模式复合单脊波导的双极化漏波天线，在实现天线双极化的前提下，同时实现其复合结构的集成化、轻量化和低交叉极化特性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于模式复合单脊波导的双极化漏波天线，包括模式复合单脊波导、基于基片集成波导TE10模式的横缝周期漏波天线、基于基片集成单脊波导TE20模式的纵缝周期漏波天线、基片集成波导馈电网络、基片集成单脊波导馈电网络、微带线导体和介质基板，所述模式复合单脊波导由基片集成波导和基片集成单脊波导组成，基片集成波导位于基片集成单脊波导的脊部部位；所述基片集成波导用于连接基片集成波导馈电网络和基于基片集成波导TE10模式的横缝周期漏波天线；所述基片集成单脊波导用于连接基片集成单脊波导馈电网络和基于基片集成单脊波导TE20模式的纵缝周期漏波天线。
进一步的，所述基于基片集成波导TE10模式的横缝周期漏波天线由周期性横缝刻蚀于基片集成波导上表面组成；所述基于基片集成单脊波导TE20模式的纵缝周期漏波天线由周期性纵缝刻蚀于基片集成单脊波导两侧的上表面组成；周期性横缝和周期性纵缝的尺寸根据工作频率进行调节。
进一步的，所述基片集成波导馈电网络由微带线导体、微带线地板和介质基板组成；所述基片集成单脊波导馈电网络由微带线导体、开缝隙槽地板和介质基板组成，金属通孔对进行阻抗匹配。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明创造性的提出并采用了模式复合单脊波导，具有结构复合、小型化、轻量化、易集成的特点，增加了天线的有效口径面积，使得天线增益进一步提高。
(2)本发明的双极化漏波天线具有超低交叉极化的特性。周期性横缝单元与周期性纵缝单元正交，从而很大程度上降低了天线单元间的极化耦合，实现超低交叉极化。
(3)本发明的双极化漏波天线具有低剖面特性。与传统的漏波天线相比，单元厚度进一步降低，从而形成更低的剖面。
本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的总体结构展开示意图。
图2是本发明在33-37GHz基于模式复合单脊波导的双极化漏波天线S参数仿真结果图。
图3是本发明中基于基片集成单脊波导TE20模式的漏波天线的辐射方向图。
图4是本发明中基于基片集成波导TE10模式的漏波天线的辐射方向图。
具体实施方式
如图1的总体结构展开示意图所示，一种基于模式复合单脊波导的双极化漏波天线，包括模式复合单脊波导1、基于基片集成波导TE10模式的横缝周期漏波天线2、基于基片集成单脊波导TE20模式的纵缝周期漏波天线3、基片集成波导馈电网络4、基片集成单脊波导馈电网络5、微带线导体6和介质基板7。所述基于模式复合单脊波导的双极化漏波天线采用厚度为0.508mm的低损耗Rogers 5880介质基板，所述模式复合单脊波导1由基片集成波导11和基片集成单脊波导12组成，基片集成波导11位于基片集成单脊波导12的脊部部位；所述基片集成波导11用于连接基片集成波导馈电网络4和基于基片集成波导TE10模式的横缝周期漏波天线2；所述基片集成单脊波导12用于连接基片集成单脊波导馈电网络5和基于基片集成单脊波导TE20模式的纵缝周期漏波天线3。
进一步的，所述基于基片集成波导TE10模式的横缝周期漏波天线2由周期性横缝21刻蚀于基片集成波导11上表面组成；所述基于基片集成单脊波导TE20模式的纵缝周期漏波天线3由周期性纵缝31刻蚀于基片集成单脊波导12两侧的上表面组成；周期性横缝21和周期性纵缝31的尺寸根据工作频率进行调节。
进一步的，所述基片集成波导馈电网络4由微带线导体6、微带线地板41和介质基板7组成；所述基片集成单脊波导馈电网络5由微带线导体6、开缝隙槽地板51和介质基板7组成，金属通孔对52直径为0.4mm进行阻抗匹配。
图2给出了本具体实施中在33-37GHz基于模式复合单脊波导的双极化漏波天线S参数仿真结果图。其基于基片集成单脊波导TE20模式的漏波天线-10dB带宽覆盖了33-36GHz，基于基片集成波导TE10模式的漏波天线-10dB带宽覆盖了33.7-35.8GHz。
图3和图4分别给出了本具体实施中基于基片集成单脊波导TE20模式的漏波天线的辐射方向图和基于基片集成波导TE10模式的漏波天线的辐射方向图。其最大增益在工作带宽内均达到15dB，且每个极化天线的交叉极化都在-20dB以下。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于模式复合单脊波导的双极化漏波天线，包括模式复合单脊波导(1)、基于基片集成波导TE10模式的横缝周期漏波天线(2)、基于基片集成单脊波导TE20模式的纵缝周期漏波天线(3)、基片集成波导馈电网络(4)、基片集成单脊波导馈电网络(5)、微带线导体(6)和介质基板(7)，其特征在于：所述模式复合单脊波导(1)由基片集成波导(11)和基片集成单脊波导(12)组成，基片集成波导(11)位于基片集成单脊波导(12)的脊部部位；所述基片集成波导(11)用于连接基片集成波导馈电网络(4)和基于基片集成波导TE10模式的横缝周期漏波天线(2)；所述基片集成单脊波导(12)用于连接基片集成单脊波导馈电网络(5)和基于基片集成单脊波导TE20模式的纵缝周期漏波天线(3)。
2.根据权利要求1所述的基于模式复合单脊波导的双极化漏波天线，其特征在于：所述基于基片集成波导TE10模式的横缝周期漏波天线(2)由周期性横缝(21)刻蚀于基片集成波导(11)上表面组成；所述基于基片集成单脊波导TE20模式的纵缝周期漏波天线(3)由周期性纵缝(31)刻蚀于基片集成单脊波导(12)两侧的上表面组成；周期性横缝(21)和周期性纵缝(31)的尺寸根据工作频率进行调节。
3.根据权利要求1所述的基于模式复合单脊波导的双极化漏波天线，其特征在于：所述基片集成波导馈电网络(4)由微带线导体(6)、微带线地板(41)和介质基板(7)组成；所述基片集成单脊波导馈电网络(5)由微带线导体(6)、开缝隙槽地板(51)和介质基板(7)组成，金属通孔对(52)进行阻抗匹配。
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