[实用新型]一种用于毫米波近距离成像系统的宽带定向天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种宽带定向天线，特别涉及一种用于毫米波近距离成像系统的宽带定向天线。

背景技术

毫米波是指工作波长在10mm-1mm，对应频率从30GHz到300GHz的电磁波。与微波相比，毫米波具有精度高、抗干扰能力强、器件尺寸小等优势，近年来在近距离成像系统中得到广泛应用和发展。为实现高分辨率成像，毫米波近距离成像系统中的天线一般是宽带定向的。目前已经申请的专利或学术论文中常见的毫米波天线有微带天线、印刷单极子/偶极子天线、锥削缝隙天线、介质杆天线等。将这些天线应用与毫米波近距离成像系统中，存在的主要缺陷有：1、阻抗匹配带宽较窄，如微带天线；2、方向图无定向性，如印刷单极子/偶极子天线；3、机械结构稳定性差，如锥削缝隙天线和介质杆天线。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于毫米波近距离成像系统的宽带定向天线；该宽带定向天线，克服了其他天线形式定向性差、阻抗带宽窄等缺陷，同时具备宽带与定向辐射的特性，且具有稳固的机械结构，适用于毫米波近距离成像系统中。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：

一种用于毫米波近距离成像系统的宽带定向天线，所述宽带定向天线包括渐变波导单元、反射腔单元和平面单极天线；所述渐变波导单元包括上部渐变波导段和下部均匀波导段；

所述平面单极天线包括微波基板，所述微波基板的顶面上匹配地设置有C型金属接地面、单极天线辐射体和阻抗匹配调谐贴片，所述微波基板底面上匹配地设置有口型金属接地面；

所述渐变波导单元的下端口固设在C型金属接地面上，所述反射腔单元的上端口固设在口型金属接地面上。

进一步的，所述单极天线辐射体设置在所述C型金属接地面的开口处的微波基板上。

进一步的，所述单极天线辐射体包括馈线和馈线顶端延伸出的圆滑扇形贴片。采用圆滑扇形贴片是为了获取更宽的匹配带宽。

进一步的，所述微波基板上设有用于连通C型金属接地面和口型金属接地面的通孔，该通孔的内侧壁上设有用于连接C型金属接地面和口型金属接地面的金属层。在通孔的内侧壁上用化学反应将一层薄铜（或其他金属）镀在孔的内壁上，使得微波基板的顶层（即C型金属接地面）与底层（即口型金属接地面）相互连接，因此C型金属接地面与口型金属接地面进行了电连接，这样C型金属接地面与口型金属接地面就具有同等电位。

进一步的，所述微波基板上设有至少两个通孔；两个通孔分别设置在所述单极天线辐射体的两侧，且位于C型金属接地面的开口端上。这样设计的目的在于：C型金属接地面与口型金属接地面在连通的同时，连通的通孔离单极天线辐射体的馈线较近可以有效屏蔽馈线的不必要的辐射，因此通孔设置于馈线的两侧，且位于C型金属接地面的开口端上。

进一步的，所述阻抗匹配调谐贴片设置在所述C型金属接地面面框内的微波基板上，该阻抗匹配调谐贴片为矩形结构。

加入阻抗匹配调谐贴片的作用是等于在C型金属接地面的面框内的电场分布中加入扰动，调节其位置则可以改变电场分布，达到改善工作频带内的阻抗匹配之作用。

采用矩形结构的阻抗匹配调谐贴片较为简单，便于调节，易于加工。

进一步的，所述反射腔单元的反射腔壁的厚度与所述均匀波导段的均匀波导腔壁的厚度匹配相等。厚度相等便于加工、安装。反射腔作用是：反射腔腔体高度约为工作频带中心频率对应自由空间波长的1/4时，由镜像原理，正向辐射增强，天线获得定向性。

进一步的，所述反射腔单元呈筒状结构，该反射腔单元的内部腔体呈柱形结构。

进一步的，所述均匀波导段的内部腔体呈柱形结构，所述渐变波导段的内部腔体呈漏斗形结构。均匀波导段的内部腔体采用柱形结构即矩形波导结构，主要是起到导波作用，渐变波导段的内部腔体采用漏斗形结构的作用是实现导行波到辐射波的转换。

进一步的，所述反射腔单元、平面单极天线和渐变波导单元之间通过螺钉固定连接在一起。

本实用新型与现有产品相比，具有如下积极有益的效果：

1、本实用新型中采用的具有圆滑扇形贴片的单极天线辐射体结构可以有效地降低传统的单极子结构的Q值，展宽天线的可工作带宽。

2、通过调节位于微波基板顶层C型金属接地面上的矩形阻抗匹配调谐贴片的尺寸和位置，可以调节天线端口处的电阻和电抗分布，进一步实现天线的宽带化。