[发明专利]三维蜿蜒基片集成波导近场聚焦驻波缝隙阵天线

说明书

本发明公开了一种三维蜿蜒基片集成波导近场聚焦驻波缝隙阵天线，天线的整体形状为圆弧面；天线包括上、下两个金属覆铜层，以及介质基板层，介质基板层上设有金属化通孔，两排横向金属化通孔用以形成基片集成波导，纵向金属化通孔封闭两排横向金属化通孔的一端以形成短路面，上金属覆铜层上设有垂直贯穿上金属覆铜层的辐射缝隙，辐射缝隙在天线中心线上下两侧交错排布；本发明将基片集成波导主动共形在蜿蜒形状上，以突破传统平面的幅相调控思想，简化器件的设计难度，通过调控纵向维度实现平面驻波缝隙阵天线无法满足的近场聚焦口径相位，实现了基片集成波导驻波缝隙阵天线的近场聚焦。

技术领域

本发明属于近场聚焦领域，具体涉及毫米波三维蜿蜒基片集成波导近场聚焦驻波缝隙阵天线。

背景技术

一般而言天线工作于其辐射远场区域，然而对于某些场合，要求天线辐射的能量聚集在其近场区域的某一特定点上，这就需要近场聚焦天线。近场聚焦天线可以在近场区域形成具有高能量的焦点，进而提升检测系统的分辨率与成像能力。因此，近场聚焦天线在微波毫米波成像系统、无线输能系统、门禁系统、射频识别系统以及微波无线电系统等领域具有广泛的应用前景和研究价值。不同于远场天线阵，近场聚焦天线阵对传输结构的相位调控能力要求更高，需要产生平方律变化的口径相位分布，因此增加了天线设计的难度。

近年来得到广泛应用的基片集成波导，不仅具有波导结构的低插损和低泄漏辐射特性，还具有微带线的高集成度特性，为新兴的低剖面天线提供了良好的设计平台。驻波缝隙阵天线是指在天线终端是短路结构，此时波导内部形成驻波，天线阵各辐射单元同相激励，工作在谐振状态。驻波缝隙阵天线具有高辐射效率以及简单的馈电网络，大大缩小了阵列体积以及设计成本，是一种经典的天线形式。但是因为其各单元同相激励的驻波特性，不具备相位自由调控的能力，无法满足近场聚焦天线口径面上平方律变化的相位需求，因而传统驻波缝隙阵天线的优势无法在近场聚焦领域得到应用。

三维蜿蜒基片集成波导的提出，为攻克近场聚焦驻波缝隙阵天线的设计难题提供了新的思路。传统的器件设计多为平面形式，若在二维平面设计的基础上引入纵向维度的调控，即采用三维布局而非传统二维布局的方式设计馈电结构，将器件主动共形在设计好的三维蜿蜒形状上来突破传统平面幅相调控能力的限制，就可以实现复杂波束赋形设计。三维蜿蜒基片集成波导近场聚焦驻波缝隙阵天线，可以通过调整纵向维度的高度补偿近场聚焦天线所需的平方律相位，使基片集成波导驻波缝隙阵天线具备相位调控的能力，从而将其优势用在近场聚焦领域。

发明内容

本发明目的在于克服上述基片集成波导近场聚焦驻波缝隙阵天线设计中，因驻波缝隙阵不具备相位自由调控的能力，无法满足近场聚焦天线口径面上平方律变化的相位需求，从而导致驻波缝隙阵无法用来实现近场聚焦赋形的难题，基于三维蜿蜒基片集成波导概念，提出了一种三维蜿蜒的基片集成波导驻波缝隙阵天线结构，通过设计天线的蜿蜒形状，充分利用纵向维度实现近场聚焦所需的口径相位分布，从而解决传统平面驻波缝隙天线阵无法实现近场聚焦的难题。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种三维蜿蜒基片集成波导近场聚焦驻波缝隙阵天线，天线的整体形状为圆弧面；天线包括上、下两个金属覆铜层，以及两个金属覆铜层之间的介质基板层，上金属覆铜层为靠近圆弧面圆心的内层，介质基板层上设有金属化通孔，所述金属化通孔包括关于天线中心线上下两侧对称排布的两排横向金属化通孔以及位于圆弧面一端的一列纵向金属化通孔，两排横向金属化通孔用以形成基片集成波导，纵向金属化通孔封闭两排横向金属化通孔的一端以形成短路面，两排横向金属化通孔的另一端设有平面馈电结构，上金属覆铜层上设有垂直贯穿上金属覆铜层的辐射缝隙，所述辐射缝隙在天线中心线上下两侧交错排布。

作为优选方式，所述辐射缝隙的长度、宽度、以及距离天线中心线的距离均一致，相邻辐射缝隙之间的间距为辐射缝隙中最靠近短路面的一个和短路面的距离为λ_g为基片集成波导里面传播的电磁波的波导波长。

作为优选方式，辐射缝隙为16根缝隙。