[发明专利]一种产生准贝塞尔波束的缝隙阵天线

说明书

本发明提供了一种产生准贝塞尔波束的缝隙阵天线，包括下金属覆铜层、介质基板层及上金属覆铜层，介质基板层内开设若干金属化通孔以形成基片集成波导，上金属覆铜层上开设有垂直贯穿上金属覆铜层的若干缝隙，横向上相邻两个天线横向缝隙之间的横向间距各不相同，以调制生成准贝塞尔波束所需的相位分布，本发明提出一种产生准贝塞尔波束的缝隙阵天线，可以实现准贝塞尔波束的频率扫描并且具备高集成能力，突破了传统准贝塞尔波束天线无法扫描的难题。

技术领域

本发明属于电磁波波束成型领域，具体涉及到一种产生准贝塞尔波束的缝隙阵天线。

背景技术

具备非衍射波束形成能力的近场在天线微波成像、短程安全通信、无线功率传输、扫雷等方面具有广泛的应用前景，如贝塞尔波束、X波、Bowtie波束等。

在这些非衍射波束中，最常用的是贝塞尔波束。贝塞尔波束具有聚束传播的特性，能以无衍射方式传播相当一段距离。它在一个较长距离内具有良好的横向分辨率，其电磁能量可以良好地沿直线分布，且仅限于中心传播轴附近。理想贝塞尔波束可以认为是沿锥面分布的等相位平面波叠加在传播轴上，波束长度为无限远。理想贝塞尔光束需要无限大的能量以及无限大的天线口径，而基于有限的天线口径和有限能量可以形成在有限距离内波束能量无衍射传输的波束被称为准贝塞尔波束，在实际应用中得到了广泛的研究。

在微波和毫米波频段生成准贝塞尔波束的方法可以分为两类：1)非平面式辐射器和2)平面式辐射器。非平面辐射结构适用于大口径辐射面的设计，如透镜式，由于其体积较大，且需要额外的馈电结构，整体集成困难，给实际应用带来不便。相比之下，基于PCB技术的平面聚焦天线阵可以克服这些缺点。然而，在大多数现有的平面准贝塞尔波束生成中，所需的相位和振幅分布是通过中心径向馈电的径向拓扑来实现的。该方案的传播方向通常是垂直天线口径面，不能实现波束控制与扫描。该方案的径向馈电方式将会导致天线的极化控制困难，在生成线极化时会有很大的极化损耗。此外，这种利用同轴探头等结构实现中心馈电的方案难以与其他电路集成，不适用于高频应用。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，并且具备易加工低成本的优势，为毫米波或更高频缝隙阵近场聚焦聚束天线提供了良好的设计载体。本发明基于基片集成波导技术，提出了一款具备频率扫描能力的准贝塞尔波束漏波缝隙阵天线。

发明内容

本发明目的在于克服传统准贝塞尔波束生成天线中波束不能扫描、极化损耗高、集成度差等困难。首先，计算天线口径面生成贝塞尔波束所需的全息相位分布，接着通过对整个阵面的缝隙位置调制，满足所需的全息相位分布，改变入射波的波前，合成所需景深的准贝塞尔波束。其次，设计了一种输出端振幅呈锥削分布的无源波束分配网络，并将其与整个缝隙阵列集成一起，在整个阵列口径面上产生所需的锥削振幅分布。最后，实现了具备频率扫描能力的准贝塞尔波束缝隙阵天线。

为实现含上述发明目的，本发明技术方案如下：