CN1719661A - 介质基片集成波导缝隙阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无线通信、雷达、电子导航与电子对抗等电子设备的介质基片集成波导缝隙阵列天线，包括介质基片板，在介质基片板的正反两面均设有金属箔，在其中一面的金属箔上刻蚀有缝隙阵列和微带功分器，缝隙阵列单元与微带功分器连接，在介质基片板和金属箔设有互通通孔且该通孔为金属化通孔，金属化通孔呈“U”形排列，呈“U”形排列的金属化通孔将缝隙阵列单元包围其内；本发明具有如下优点：易于生产、尤其是易于批量生产且制造精度高、并能提高天线性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种可在通信系统的天线和馈电模块中应用的天线，尤其涉及一种介质基片集成波导缝隙阵列天线。
背景技术
传统的金属波导缝隙阵列天线具有主瓣宽度窄、方向图可以赋形、交叉极化电平低等优异特性，被广泛应用于微波毫米波雷达和通信系统之中。完整的金属波导缝隙阵列天线系统由多个金属波导组成，在其中一部分波导的壁上开缝隙形成缝隙阵列，另一部分波导作为馈电网络。这样就无法避免地存在一些缺陷：
1)体积较大、重量很重、移动困难。
2)材料成本较高、加工成本昂贵，而且由于其移动困难造成了相关的机械成本的增加。
3)制造精度无法保证天线工作正常，这样在加工完成后还需要一个调整过程以修正误差。无法批量生产。
4)需要专门的转换装置才能和雷达及天线系统中的其它模块相连接。这些缺陷使得此类天线存在着造价极为昂贵的缺点。
发明内容
本发明提供一种易于生产、尤其是易于批量生产且制造精度高、并能提高天线性能的介质基片集成波导缝隙阵列天线。
本发明采用如下技术方案：
一种用于无线通信、雷达、电子导航与电子对抗等电子设备的介质基片集成波导缝隙阵列天线，包括介质基片板，在介质基片板的正反两面均设有金属箔，在其中一面的金属箔上刻蚀有缝隙阵列和微带功分器，缝隙阵列单元与微带功分器连接，在介质基片板和金属箔设有互通通孔且该通孔为金属化通孔，金属化通孔呈“U”形排列，呈“U”形排列的金属化通孔将缝隙阵列单元包围其内。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明是在一块介质基片上形成了整个天线和馈电系统。首先，通过在介质基片上打多排金属通孔形成多个平行的介质基片集成波导，这种波导工作于主模状态时具有和矩形金属波导相类似的传输特性和场分布。相邻的通孔间距以及排与排之间的距离都根据实际要求确定。然后在介质基片的表面金属层上蚀刻出缝隙阵列，每个缝隙的长度和位置都可以通过精确地计算确定，使其满足有源导纳谐振条件并位于短路波导中驻波的波峰上。这样形成的波导缝隙阵列被完全集成在一块介质基片上，而且成熟的PCB、LTCC等加工工艺保证了制造的精度和可靠性。最后利用微带功率分配器把输入功率分配到几个平行的微带线上，再通过低损耗的微带—介质基片集成波导连接，把功率馈入介质基片集成波导中。本发明把馈电网络和波导缝隙阵列集成到同一块介质基片上。本发明具有如下具体优点：
1)主瓣宽度窄、方向图可以赋形、交叉极化电平低。主瓣宽度窄提高了天线的定向辐射能力，使其能够满足苛刻军事需要；可以赋形的方向图使得这种天线可以广泛应用于各种雷达和通信系统；而交叉电平低可以更好地消除噪声，保证极化的纯度。
2)体积小、重量轻、易于集成、加工成本低。这种介质基片集成波导缝隙阵列天线完全在一块介质基片上实现整个天线和馈电系统。和传统的金属波导缝隙阵列天线比较，它的体积和重量都要小得多。而且由于可以利用成熟的PCB、LTCC等工艺技术加工，使其加工成本大大降低。
3)制造精度高，可以批量生产。PCB等制造工艺的精度要大大优于金属波导的制作和开槽工艺。这就保证了每次加工出的天线都能符合设计要求，不需要修正误差的过程。这样为大规模批量生产提供了可能。
附图说明
图1是本发明实施例的结构主视图。
图2是本发明实施例的结构俯视图。
图3是本发明实施例的结构后视图。
图4是本发明实施例的金属化通孔结构示意图。
图5是整个天馈系统的插入损耗的测试结果图。
图6是本发明E面方向图的计算和测试结果比较图。
图7是本发明H面方向图的计算和测试结果比较图。
具体实施方式
实施例1
一种用于无线通信、雷达、电子导航与电子对抗等电子设备的介质基片集成波导缝隙阵列天线，包括介质基片板1，在介质基片板1的正反两面均设有金属箔5、6，在其中一面的金属箔5上刻蚀有缝隙阵列3和微带功分器4，缝隙阵列单元与微带功分器4连接，在介质基片板1和金属箔5、6设有互通通孔2且该通孔2为金属化通孔，金属化通孔呈“U”形排列，呈“U”形排列的金属化通孔将缝隙阵列单元包围其内。
实施例2
本实施例在10GHz上实现了以上介绍的介质基片集成波导缝隙阵列天线。介质基片的介电长度等于2.4，厚度为1.5mm，损耗角正切小于千分之一。用来构成介质集成波导金属通孔的直径为1mm，通孔之间的间距为2mm，介质基片集成波导的宽度为12.46mm，相邻的介质基片集成波导间距为2.54mm。微带线宽度为2.4mm，功分器分成一分二、二分四两级，其中的分支线长度为5.40mm，宽度等于1.19mm。
在介质基片的金属表面上蚀刻出4×4共16个缝隙。各缝隙的长度和相对于波导中心线的位移可见下表：
| 缝隙长度(mm) | 第一列 | 第二列 | 第三列 | 第四列 | 相对位移(mm) | 第一列 | 第二列 | 第三列 | 第四列 |
| 第一行 | 12.39 | 12.46 | 12.42 | 12.41 | 第一行 | 0.29 | -0.34 | 0.33 | -0.30 |
| 第二行 | 12.48 | 12.47 | 12.51 | 12.46 | 第二行 | 0.25 | -0.29 | 0.30 | -0.25 |
| 第三行 | 12.46 | 12.51 | 12.47 | 12.48 | 第三行 | 0.25 | -0.30 | 0.29 | -0.25 |
| 第四行 | 12.41 | 12.42 | 12.46 | 12.38 | 第四行 | 0.30 | -0.33 | 0.34 | -0.29 |
本发明的工作过程是：功率首先通过微带功分器分配到各个微带分支，再经过微带—介质基片集成波导连接进入介质基片集成波导。进入波导的功率通过基片的金属表面蚀刻出的缝隙阵列辐射出去，缝隙长度和位置的不同将给辐射出的方向图赋予不同的形状。每个缝隙都必须工作在谐振条件下，使得天线有较小的插入损耗。接收天线的工作过程与之相反。
Claims (1)
1、一种用于无线通信、雷达、电子导航与电子对抗等电子设备的介质基片集成波导缝隙阵列天线，其特征在于包括介质基片板(1)，在介质基片板(1)的正反两面均设有金属箔(5、6)，在其中一面的金属箔(5)上刻蚀有缝隙阵列(3)和微带功分器(4)，缝隙阵列单元与微带功分器(4)连接，在介质基片板(1)和金属箔(5、6)设有互通通孔(2)且该通孔(2)为金属化通孔，金属化通孔呈“U”形排列，呈“U”形排列的金属化通孔将缝隙阵列单元包围其内。
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