[发明专利]一种毫米波频扫天线

说明书

本发明公开了一种毫米波频扫天线，包括矩形介质基板，印刷在矩形介质基板上、下表面的第一金属覆层和第二金属覆层和阻抗匹配器。第一金属覆层上设置有贯穿第一金属覆层的第一金属通孔和缝隙辐射单元，第一金属通孔构成蛇形慢波结构分布的基片介质集成波导谐振腔，该蛇形慢波结构为具有公共波导壁的蛇形慢波结构。所述缝隙辐射单元均匀分布在基片介质集成波导谐振腔内。阻抗匹配器采用锥形微带渐变线与普通微带传输线组合的馈线形式，实现天线阵列的阻抗匹配，阵列采用切比雪夫综合得到满足副瓣电平要求的阵元幅度分布，采用32个天线缝隙辐射单元组阵的形式实现高增益的频扫天线。该天线为印刷型结构，具有高增益、窄波束、低剖面、重量轻、易于集成的特点，可以广泛应用于现代通信。

技术领域

本发明涉及一种频扫天线，具体涉及一种毫米波频扫天线。

背景技术

毫扫描天线是一种被广泛应用的雷达天线。传统的波束扫描依靠机械系统驱动，造成稳定性差、波束成形速度慢等问题，电扫描技术的出现解决了这些问题，受到了广泛关注。电扫描天线中的频率扫描天线是一种根据频率变化实现波束扫描的扫描天线，多采用慢波线结构，在印刷电路板技术的支持下，容易加工和批量生产，应用范围涉及信息、遥感、雷达等各方各面，成为民用扫描天线的首选。

由于毫米波频带具有宽带宽、高速的无线通信和设备小型化的特点，是新一代WLAN系统的有力的候选者。毫米波有两个突出的优点，第一，频率覆盖30GHz到300GHz，对应的波长很短，因此毫米波器件的尺寸非常小；第二，由于毫米波覆盖的频段宽,所以便于实现高速通信与传播。

随着频率的增加，天线的尺寸将变小同时损耗也将变得更高，因此，毫米波天线面临的主要挑战是低损耗和高集成度。基片介质集成波导(SIW)是近年来提出的一种新的平面波导结构，它继承了波导的低损耗、高品质因数、大功率容量等优点，同时也具有微带线的低剖面、尺寸小、易与其它平面电路集成等优点。将SIW技术应用到毫米波频扫天线中可以使毫米波频扫天线更易集成化、小型化。波导缝隙阵列天线是在波导金属面上的按照一定的要求开缝所构成的天线。随着毫米波技术的迅速发展，波导缝隙阵列天线由于它自身具有低剖面、体积小、重量轻、效率高、易实现低副瓣、结构简单紧凑等特点，被人们广泛的运用于地面、机载、舰载雷达。

随着新兴无线系统，如第五代移动通信、高精度定位与高分辨率成像等的快速发展，对数据的高速率传输提出了前所未有的要求。另一方面，毫米波频段相对于微波频段具有充足的频谱资源。因此，研究和发展低成本高性能的毫米波基片集成天线与阵列具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于解决传统的波导缝隙天线难以在高频段使用的问题，在此基础上实现一种高增益、低损耗、小型化、低成本的毫米波频扫天线。

频率扫描天线的原理如下：在由多个缝隙辐射单元组成的直线阵中，缝隙辐射单元以直线阵形式排列，每个缝隙辐射单元之间的距离相等，在远场区的波束主瓣最大辐射方向是由多个缝隙辐射单元的波束同相叠加的方向，通常是垂直于频扫天线口面场等相位面的方向。当利用相同相位参数的馈电结构对每个缝隙辐射单元进行馈电，保证每个单元激励的相位参数相同时，口面场的等相位面平行于波导平面，天线阵方向图的主瓣最大辐射方向垂直于等相面；当利用同一馈电结构对线性阵列馈电，馈电结构发生变化后，电磁波到达每个缝隙单元时的相位便会不一致，并且相邻缝隙的相位差值是相同的，这就会造成某一角度的波束主瓣偏转，当馈电结构继续变化，波束主瓣的角度继续偏转，当线性差值逐渐增加至一个工作波长时，等相位面又会重新平行于波导平面。

所述阻抗匹配器分为第一阻抗匹配器和第二阻抗匹配器，两者都由矩形微带线和锥形微带渐变线组成，锥形微带渐变线为直线型微带渐变线。矩形微带线和锥形微带渐变线设置在矩形介质基板长边一侧的两端，第一阻抗匹配器为天线的输入端口，第二阻抗匹配器连接匹配负载。所述锥形微带渐变线为直线型微带渐变线，用来实现基片介质集成波导和矩形微带线之间的阻抗变换，使基片介质集成波导的等效阻抗和矩形微带线的特性阻抗相互匹配。矩形微带线连接在锥形微带渐变线的锥顶位置。