[发明专利]一种基于基片集成波导激励的正反渐变槽天线

说明书

平面渐变槽天线作为一种超宽带行波天线，其呈指数渐变的槽线缝隙结构是辐射或接收电磁波信号的主体。这种天线没有固定的相位中心，不同频率的电磁波在渐变槽线的不同宽度处进行发射或接收，天线的相位中心也随之改变。平面渐变槽天线具有工作频带宽、增益高、方向图对称、端向辐射等特点，在微波和毫米波波段得到广泛的应用。本发明提出了一种正反渐变槽天线，由共面波导‑介质集成波导转换结构、介质集成波导和正反渐变槽线等部分组成，可实现低辐射、宽频带和低损耗馈电。基于布设于天线两侧的金属化过孔阵列，可抑制正反渐变槽天线用于组阵时的阵元互耦，保证正反渐变槽天线阵列具有良好的阻抗匹配和宽角扫描特性。

技术领域

本发明属于天线与微波技术领域，具体涉及一种基于基片集成波导激励的正反渐变槽天线。

背景技术

平面渐变槽天线作为一种超宽带行波天线，其呈指数渐变的槽线缝隙结构是辐射或接收电磁波信号的主体。这种天线没有固定的相位中心，不同频率的电磁波在渐变槽线的不同宽度处进行发射或接收，天线的相位中心也随之改变。渐变槽线缝隙的初始端（较窄处）辐射高频段电磁能量，缝隙的末端（较宽处）辐射低频段电磁能量，从而实现较宽的工作带宽。总的来说，平面渐变槽天线具有工作频带宽、增益高、方向图对称、端向辐射等特点。此外，这种天线还具有剖面较低、重量较轻、易于制作、便于和微波电路集成等优点，在微波和毫米波波段得到广泛的应用。在实际应用中，平面渐变槽天线的性能主要取决于它的激励方式。几种常用的激励方式，如平衡微带线、鳍线、共面波导等，在工作时均会不可避免地产生辐射，特别是对于正反渐变槽天线阵列，这种辐射效应尤为明显，这会显著影响天线性能。另外，这些馈电网络的损耗也较大。因此需要一种具有低辐射、宽频带和低损耗等特性的馈电结构来解决这些问题。基片集成波导技术作为一种具有低插损、低辐射和低成本特性的导波结构，其结构完全为介质基片上的金属化通孔阵列所构成，可以利用平面电路工艺精确实现，并可与微带电路实现一体化集成，适合微波毫米波集成电路的设计和大批量生产。因此，利用基片集成波导技术实现正反渐变槽天线的低辐射、宽频带和低损耗馈电已成为当前的研究热点。

发明内容

为克服现有技术中心的权限，实现低辐射、宽频带和低损耗馈电，本发明提出了一种基于基片集成波导激励的正反渐变槽天线，其由三部分组成，分别是共面波导-介质集成波导转换结构、介质集成波导和正反渐变槽线，通过对正反渐变槽天线的三个组成部分均设计了金属化过孔阵列，使其贯穿转换结构、介质集成波导和正反渐变槽线，从而抑制正反渐变槽天线用于组阵时的阵元互耦，保证正反渐变槽天线阵列具有良好的阻抗匹配和宽角扫描特性。具体内容如下：。

该正反渐变槽天线系平面印制板结构，具体结构由三部分组成，分别是共面波导-介质集成波导转换结构（1）、介质集成波导（2）和正反渐变槽线（3）。从剖面上看，该天线由顶层电路图形、中间介质层和底层电路图形所组成。

在毫米波系统中，射频芯片的管脚一般为共面波导形式。为了实现正反渐变槽天线的基片集成波导激励，需要设计一种转换结构实现共面波导与基片集成波导之间的转换。该转换结构应具有大宽带、低损耗和良好匹配等特点。通常，宽带转换的设计，需要两边待转换元件的特征阻抗相似（阻抗匹配），并且保证耦合结构的场分布是相似的(场匹配)。本发明所提出的共面波导-介质集成波导转换结构是在共面波导（4）上表面设计一种耦合的缝隙，其形状为三角形，由共面波导中心位置向两侧扩张，逐渐过渡到基片集成波导。耦合缝隙的电场垂直于基片集成波导的侧壁，从而实现由共面波导模式向基片集成波导模式的转换。

正反渐变槽线（3）呈指数形状逐渐展开，整个电路图形分布于印制板的顶面和底面，两个面呈交叉对称布局。该天线没有固定的相位中心，不同频率的电磁波在渐变槽线的不同宽度处进行发射或接收，天线的相位中心也随之改变。渐变槽线缝隙的初始端（较窄处）辐射高频段电磁能量，缝隙的末端（较宽处）辐射低频段电磁能量，从而实现较宽的工作带宽。本发明的主要创新是对正反渐变槽天线的三个组成部分均设计了金属化过孔阵列（5），使其贯穿转换结构、介质集成波导和正反渐变槽线，从而抑制正反渐变槽天线用于组阵时的阵元互耦，保证正反渐变槽天线阵列具有良好的阻抗匹配和宽角扫描特性。