[发明专利]具有周期圆柱结构调制的超低旁瓣基片集成波导缝隙天线阵

说明书

本发明属于雷达天线技术领域，具体为一种具有周期圆柱结构调制的超低旁瓣基片集成波导缝隙天线阵。本发明的天线阵列由五根波导按垂直于波导长边方向紧密排列而成；每层波导分为上层辐射波和下层馈电波导；两层波导间通过长条形耦合缝隙进行能量的耦合；每半根波导上各开有不同偏置距离、不同长度的辐射缝隙；每根长波导单元中间由金属化通孔分开，左右成镜面对称，金属通孔贯穿上、下两层波导；每个金属通孔中分别固定一个金属圆柱，形成三维周期性金属圆柱结构阵列，该结构用以修正每根波导天线的单元方向图，以较低E面的阵列总辐射方向图的旁瓣。该阵列阻抗带宽达到5%，两个扫描面旁瓣在‑22 dB左右，剖面极低、排列紧凑、可靠性高。

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及一种基片集成波导缝隙天线阵列。

背景技术

基片集成波导缝隙天线阵自从被发明之初就受到了各界的关注，由于其极低的剖面、极薄的厚度、更大的功率容量、更高的增益等一系列优势，迅速成为了天线家族中又一重要类型。其缝隙的偏置大小、长度等参量是由设计之初加以波束赋形进行迭代收敛得到的，这样其H面的波束主瓣增益和旁瓣等是完全由这些参量来决定的。正常情况下，H面的旁瓣较大约可以达到-25dB甚至更高的水平。但是，对于E面而言，在整个阵列中的每根波导均被等幅均匀激励的情况下，旁瓣只能达到理论值的-13dB左右。而要想将旁瓣降低那就需要对每根波导的激励进行赋形，及非均匀激励，但是这样的激励方式会降低天线阵在E面的主瓣增益，这对于很多应用场景来讲是不易接受的。

超低旁瓣的天线在诸多场景都有着极为广阔的应用，例如电子对抗、卫星通信、汽车雷达等等。而基片集成波导缝隙天线阵确实也逐渐地在这些领域内占据举足轻重的地位，如前一段所述，H面的旁瓣可以达到一个非常好的效果，但是E面还是不够的。近年来，周期性的金属或介质超表面在相当多的领域获得了极大的关注，在天线领域，很多研究者也在试图利用其丰富的电磁响应来对天线的性能进行改善。对于阵列天线来讲，比较熟知的原理公式就是阵列的总方向图等于单元方向图乘以阵因子，以往的研究者都是对阵因子进行修正以更好地调节天线的特性，但是这种方法的调节能力是有限的。自然而然地，我们直接利用电磁超表面对单元方向图进行修正以更好地改善阵列天线的特性。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种用三维周期性金属结构进行调制的超低旁瓣的基片集成波导缝隙天线阵，可以解决阵列天线在均匀激励情况下无法降低理论限制旁瓣的问题。

本发明提供的超低旁瓣基片集成波导缝隙天线阵，由五根波导按垂直于波导长边方向紧密排列而成，参见图1-图4；每层波导分为上层辐射波2和下层馈电波导3；两层波导间通过长条形耦合缝隙8进行能量的耦合；每半根波导上各开有n个的不同偏置距离、不同长度的辐射缝隙4，该辐射缝隙4相对于每根波导的中线有一定偏置距离，但是每个缝隙的偏置都有不同，且长度也不同；每根长波导单元中间完全由金属化通孔5分开，左右两边成镜面对称，金属通孔5贯穿上、下两层波导；相邻的波导间由金属化通孔5隔开，每个金属通孔中分别固定有一个金属圆柱1，形成三维周期性金属圆柱结构阵列。

本发明中，在馈电波导耦合缝隙附近还加载有一个金属柱7，其高度与馈电波导的厚度一样，用以对阻抗带宽进行调节以更好地匹配。

本发明中，所述辐射缝隙4 的数量n根据实际情况设计确定，一般可为8-30个，优选为10-18个，更优选为12个。

本发明中，所述每根长波导中间由金属化通孔进行隔离，主要作用是可以分别对阵列的左右两半进行和差波束，这样以实现非常精准的H面定位功能。

本发明中，每根长波导上共有2n个辐射缝隙4，每个缝隙的偏置和长度均是通过波束赋形等计算方式迭代收敛得到。

本发明中，所述最核心的三维金属圆柱结构是加载在基片集成波导阵表面金属圆柱周期性结构，为了加工方便，所有金属圆柱结构均插在相邻波导间的金属化通孔中，金属圆柱的高度要小于波长的0.25倍。