[发明专利]一种高效率漏波天线

说明书

本发明涉及一种高效率漏波天线，包括：基片集成波导，所述基片集成波导的上表面开有呈周期分布的阿基米德螺旋型缝隙，阿基米德螺旋型缝隙由两条等距外扩的阿基米德曲线及连接两者尾部的直线段封闭构成，直线段随着两条阿基米德曲线的变化而变化，其中外侧阿基米德曲线的定义式为x₁坐标方程式和y₁坐标方程式，内侧阿基米德曲线的定义式为x₂坐标方程式和y₂坐标方程式，所述阿基米德螺旋型缝隙在基片集成波导上的布局由自旋角度t确定。本发明设计的阿基米德螺旋型缝隙打破了传统漏波天线辐射缝隙采用横向、纵向或横纵组合型缝隙尺寸较小的局限性，使得传统漏波天线无法实现高辐射效率的问题得以解决。

技术领域

本发明涉及电子及通信技术领域。更具体地，涉及一种提高辐射效率的漏波天线。

背景技术

作为一种典型的行波天线，漏波天线通常由波导壁上开周期性缝隙构成，天线工作时波导内部沿波导轴线传输的电磁波能量不断地从波导壁上的周期性缝隙处漏泄出来，产生辐射，形成高指向性、可频率控制波束扫描的辐射方向图。也正是由于行波结构的特点，对于长度有限的漏波天线，往往只能漏泄出部分能量用于辐射，其余能量会在输出端口被匹配负载吸收。因此，无论是用于实现均匀的无线电波覆盖或高定向通信，它的辐射效率都不是很高。

能够提高漏波天线辐射效率的方式有很多，其中最简单有效的方式是通过增大天线的长度来增加口面上漏泄缝隙的数量，使得漏泄出来的能量增多，进而实现辐射效率的提高。然而，如果通过上述方式实现高于90％的辐射效率，漏波天线长度需要是其自由空间波长的8到10倍。该尺寸的漏波天线纵向长度过长，不易于与微波无线通信系统集成，不具备工程实用性。除此之外，可有效提高漏波天线辐射效率的方式还有：基于能量循环网络，将漏波天线单元末端未辐射的能量引入到阵列中的其它漏波天线单元进行循环辐射，从而提高辐射效率。其能量循环网络的实现是基于环形耦合器或多层耦合馈电的形式，其单元设计及传输网络设计复杂，加工难度大，整体结构的横向尺寸为单一漏波天线单元的数倍，具有明显的设计缺陷。因此，寻找新的结构紧凑、设计方法简单的高效率漏波天线结构是非常必要的。

目前，大多数漏波天线辐射效率提升设计仅在工作频点及其很窄的频带范围内实现了高效率，常见的提升后的辐射效率在75％到86％之间。虽然漏波天线本身具备宽频带的特性，但仅在有限的频率范围实现高辐射效率，在其余频段出现低辐射效率，这样会使天线在频率扫描时出现波束增益的较大波动。这对物联网或车联网等依靠频率调制实现波束扫描、建立多物理量间信息交互的通信系统来说，难以应用。本发明不仅考虑漏波天线在设计频点处的效率提升问题，同时还考虑了整个工作频带内天线辐射效率的提升问题。也就是说，本发明以效率提升和整个工作频带内天线增益稳定为共同目标进行参数优化设计。

此外，基于基片集成波导的漏波天线具有剖面低、易于与平面电路集成的特点，适应于功能多样化、集成度高的未来毫米波通信系统。因此，本发明将提供一种基于基片集成波导的高效率漏波天线，所设计的天线通过单个漏波天线单元即可实现高辐射效率，无须组阵和依靠复杂的馈电网络，且设计方法简单，易于加工测试，是毫米波通信中具有应用前景的天线。

发明内容