CN210744177U - 一种宽带毫米波相控阵天线 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及微波毫米波领域，具体涉及一种适用于毫米波雷达及通信系统的宽带毫米波相控阵天线，其方案包括从上至下依次设置的辐射层和馈电层两部分，所述辐射层下表面开设有空气槽，辐射层上表面设置有上辐射贴片，位于辐射层内部空气槽上表面设置有下辐射贴片，围绕辐射层一周设有金属隔离墙；所述馈电层上下表面分别附着有上金属层和下金属层上金属层开设有工字型缝隙，馈电层内部设有T形带状线。本申请综合采用耦合缝隙馈电技术、空气腔加载技术以及堆叠贴片技术多种宽带技术，相比传统微带天线，工作带宽大大提升。
Description
技术领域
本申请涉及微波毫米波领域，具体涉及一种适用于毫米波雷达及通信系统的宽带毫米波相控阵天线。
背景技术
微带天线具有低剖面、低成本、可共形、易与其他电路集成等特点，因此被广泛应用于高集成度的有源相控阵天线。但是，微带天线由于其固有的贴片形式，也存在一些缺点，如阻抗带宽窄、辐射带宽窄、易激励表面波等，尤其是窄带特性，限制了微带天线在宽带通信系统及雷达系统中的应用。
在瓦式架构的毫米波相控阵天线设计中，为保证收发信道有足够空间布局，射频通道间距往往大于半波长。在此情况下，相控阵的扫描性能将受到栅瓣的限制，特别地，对于微带形式的相控阵天线，在扫描角增大的情况下，激励起的表面波使天线端口在特定的角域处于全反射的状态，形成了所谓的扫描盲点。当单元间距大于半波长时，扫描盲点出现的角度可能小于栅瓣出现的角度，进一步限制了微带相控阵天线的扫描角。为了抑制扫描盲点，Hal Schrank在文献Approximate Location of Scan-Blindness Angle in PrintedPhased Arrays中指出，通过减小微带天线介质厚度，可以抑制表面波，从而避免扫描盲点的出现。但是该方法将减小微带天线的驻波带宽。
发明内容
针对现有技术上的上述不足，现提出一种工作带宽带、低剖面、易于实现高密度集成的毫米波相控阵天线。
本申请的技术方案如下：
一种宽带毫米波相控阵天线，其特征在于：包括从上至下依次设置的辐射层和馈电层两部分，所述辐射层下表面开设有空气槽，辐射层上表面设置有上辐射贴片，位于辐射层内部空气槽上表面设置有下辐射贴片，上辐射贴片和下辐射贴片之间没有接触，围绕辐射层一周设有金属隔离墙；所述馈电层上下表面分别附着有上金属层和下金属层上金属层开设有工字型缝隙，馈电层内部设有T形带状线。
进一步地，天线单元周期性排列，形成宽带毫米波相控阵天线的拓扑结构。
进一步地，所述辐射层包括由上至下依次叠层的第一介质层和第二介质层，第一介质层上设置有上辐射贴片，第一介质层下表面设置有下辐射贴片，空气槽贯穿开设于第二介质层上。
进一步地，金属隔离墙包括印刷在第一介质层上表面的金属围框，以及贯穿第一介质层和第二介质层的多个金属化过孔。
进一步地，馈电层包括由上至下依次叠层的上金属层、第三介质层、T形带状线、第四介质层以及下金属层，上金属层附着在第三介质层上表面，且开设有工字形缝隙；T形带状线附着在第四介质层的上表面，下金属层附着在第四介质层的下表面。
第一介质层至第四介质层为聚四氟乙烯材质结构层。
本申请相比于现有技术具有如下有益效果：
1、本申请综合采用耦合缝隙馈电技术、空气腔加载技术以及堆叠贴片技术多种宽带技术，相比传统微带天线，工作带宽大大提升。
2、本申请引入金属隔离墙，提高相邻单元隔离度，抑制表面波，同时展宽单元波束宽度，将天线扫描盲点移出扫描角域，扩大相控阵天线扫描范围。
3、本申请的工程实现较为简单，辐射层和馈电层先分别加工为PCB四层板，两者再通过导电胶粘接或者焊接的方式相结合。天线基于常规的多层PCB工艺，结构简单，可用于实现高集成度、低成本的有源相控阵天线。
附图说明
图1是实施例中所述宽带毫米波相控阵天线单元的爆炸图。
图2是实施例中所述宽带毫米波相控阵天线单元的馈电端口回波损耗。
图3是实施例中所述宽带毫米波相控阵天线的结构示意图。
附图中：1-上辐射贴片，2-下辐射贴片，3-金属围框，4-第一介质层，5-空气槽，6-第二介质层，7-第三介质层，8-第四介质层，9-金属化过孔，10-上金属层，11-工字形缝隙，12-T形带状线，13-下金属层。
具体实施方式
实施例1
一种宽带毫米波相控阵天线从上至下依次设置的辐射层和馈电层两部分，所述辐射层下表面开设有空气槽5，辐射层上表面设置有上辐射贴片1，位于辐射层内部空气槽5上表面设置有下辐射贴片2，上辐射贴片1和下辐射贴片2之间没有接触，围绕辐射层一周设有金属隔离墙；所述馈电层上下表面分别附着有上金属层10和下金属层13上金属层10开设有工字型缝隙，馈电层内部设有T形带状线12。天线单元周期性排列，形成宽带毫米波相控阵天线的拓扑结构。所述辐射层包括由上至下依次叠层的第一介质层4和第二介质层6，第一介质层4上设置有上辐射贴片1，第一介质层4下表面设置有下辐射贴片2，空气槽5贯穿开设于第二介质层6上。
金属隔离墙包括印刷在第一介质层4上表面的金属围框3，以及贯穿第一介质层4和第二介质层6的多个金属化过孔9。馈电层包括由上至下依次叠层的上金属层10、第三介质层7、T形带状线12、第四介质层8以及下金属层13，上金属层10附着在第三介质层7上表面，且开设有工字形缝隙11；T形带状线12附着在第四介质层8的上表面，下金属层13附着在第四介质层8的下表面。第一介质层4至第四介质层8为聚四氟乙烯材质结构层。
本申请综合采用耦合缝隙馈电技术、空气腔加载技术以及堆叠贴片技术多种宽带技术，相比传统微带天线，工作带宽大大提升。本申请引入金属隔离墙，提高相邻单元隔离度，抑制表面波，同时展宽单元波束宽度，将天线扫描盲点移出扫描角域，扩大相控阵天线扫描范围。本申请的工程实现较为简单，辐射层和馈电层先分别加工为PCB四层板，两者再通过导电胶粘接或者焊接的方式相结合。天线基于常规的多层PCB工艺，结构简单，可用于实现高集成度、低成本的有源相控阵天线。
实施例2
如图1所示，一种宽带毫米波相控阵天线，包括：从上至下一次设置的辐射层和馈电层，辐射层包括：由上至下依次层叠的第一介质层4、第二介质层6、分别附着于第一介质层4上下表面的上辐射贴片1、下辐射贴片2、附着于第一介质层4上表面的金属围框3，贯穿开设于第二介质层6的空气槽5，以及贯穿开设第一介质层4和第二介质层6的金属化过孔9；馈电层包括：由上至下依次层叠的第三介质层7、第四介质层8、附着于第三介质层7上表面的上金属层10、分别附着于第四介质层8上下表面的T形带状线12和下金属层13。辐射层和馈电层通过导电胶粘接或者焊接的方式纵向结合，最终形成一种宽带毫米波相控阵天线的拓扑结构。
本申请由数个上述天线单元按矩形栅格排列构成，单元间距大于工作频率的半波长。
上辐射贴片1、下辐射贴片2，以及空气槽5在天线单元中的纵向投影位置相对应。第一介质层4和第二介质层6通过半固化片粘接在一起，实现了空气腔加载的半开放结构，该结构相对于无空气腔加载的结构，等效介电常数降低，使得天线的阻抗带宽得以展宽。
上述辐射贴片尺寸小于下辐射贴片2，两者共同作用，形成应图2所示的双谐振点，天线的阻抗带宽（回波损耗小于-10dB）覆盖，31.5GHz——40.5GHz，使得天线的阻抗带宽（回波损耗小于-10dB）达到25%。
所述金属化过孔围绕天线单元一周等间距排布，并贯穿第一介质层4和第二介质层6，将金属围框5与上金属层10相连，最终形成隔离墙，提高相邻单元隔离度，起到抑制扫描盲点的作用。
所述馈电层由上金属层10、第三介质层7、T形带状线12、第四介质层8、下金属层13由上至下依次叠层设置。其中，第三介质层7和第四介质层8通过半固化片粘接在一起。上层金属地板开设的工字形缝隙11与T形带状线12相匹配，共同形成耦合馈电结构，使天线具有良好的宽带阻抗匹配。
如图3所示，所述宽带毫米波相控阵天线采用常规的二维矩形栅格，天线单元结构紧凑，有利于实现相控阵天线的大角度扫描。
Claims (7)
1.一种宽带毫米波相控阵天线，其特征在于：包括从上至下依次设置的辐射层和馈电层两部分，所述辐射层下表面开设有空气槽（5），辐射层上表面设置有上辐射贴片（1），位于辐射层内部空气槽（5）上表面设置有下辐射贴片（2），围绕辐射层一周设有金属隔离墙；所述馈电层上下表面分别附着有上金属层（10）和下金属层（13）上金属层（10）开设有工字型缝隙，馈电层内部设有T形带状线（12）。
2.根据权利要求1所述的一种宽带毫米波相控阵天线，其特征在于：天线单元周期性排列，形成宽带毫米波相控阵天线的拓扑结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种宽带毫米波相控阵天线，其特征在于：所述辐射层包括由上至下依次叠层的第一介质层（4）和第二介质层（6），第一介质层（4）上设置有上辐射贴片（1），第一介质层（4）下表面设置有下辐射贴片（2），空气槽（5）贯穿开设于第二介质层（6）上。
4.根据权利要求1或2所述的一种宽带毫米波相控阵天线，其特征在于：金属隔离墙包括印刷在第一介质层（4）上表面的金属围框（3），以及贯穿第一介质层（4）和第二介质层（6）的多个金属化过孔（9）。
5.根据权利要求1或2所述的一种宽带毫米波相控阵天线，其特征在于：馈电层包括由上至下依次叠层的上金属层（10）、第三介质层（7）、T形带状线（12）、第四介质层（8）以及下金属层（13），上金属层（10）附着在第三介质层（7）上表面，且开设有工字形缝隙（11）；T形带状线（12）附着在第四介质层（8）的上表面，下金属层（13）附着在第四介质层（8）的下表面。
6.根据权利要求3所述的一种宽带毫米波相控阵天线，其特征在于：第一介质层（4）和第二介质层（6）为聚四氟乙烯材质结构层。
7.根据权利要求5所述的一种宽带毫米波相控阵天线，其特征在于：第三介质层（7）和第四介质层（8）为聚四氟乙烯材质结构层。
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