[发明专利]一种基板集成波导天线的设计方法

权利要求书

1.一种基板集成波导天线的设计方法，其特征在于：所述方法采用如下的基板集成波导天线，所述基板集成波导天线包括由若干阵列布置的圆柱导体（1）组成的波导组件和连接于波导组件轴向两端的介质基板（2），其中介质基板（2）连接一同轴电缆（3）；所述方法针对所述波导组件产生的散射波的计算由立体空间内的向量计算问题转化为垂直于圆柱导体（1）中心轴的平面内的向量计算问题，包括以下步骤：

S1：计算散射波的基本解；

S2：利用多种边界条件将S1中散射波的基本解进一步变形；

S3：将S2中散射波的基本解的变形形式采用全域基函数的矩量法改写，以使基板集成波导天线的设计问题转化为圆柱导体（1）的直径和相邻圆柱导体（1）间距的取值问题；步骤S1中散射波的基本解的计算过程如下：

S11：列出入射波的电场强度公式：，其中，，为时间因子，为入射角度，为传播常数，为真空中的透磁率，为真空中的介电常数，为圆柱导体上任一点的柱面坐标，为入射波的电场强度；

S12：由圆柱导体（1）上的电磁感应电流产生的散射波满足下述的亥姆霍兹波动方程式：

，其中，，为传播导纳，为圆柱导体（1）上的电磁感应电流，为媒介的电导率；

S13：将S12中的方程式转化为如下微分方程式：

，并求其基本解为：；

S14：将S12中的参数代入S13的基本解中，得出散射波的基本解为：

，其中，C=C₁+C₂+…+C_N。

2.根据权利要求1所述的基板集成波导天线的设计方法，其特征在于：所述步骤S2包括：

S21：根据圆柱导体（1）上的全电场等于零得出方程式：；并将该方程式代入S14的基本解中，并得出基本解的第一转化形式：

，其中，；

S22：将圆柱导体（1）表面的点用极坐标轴表示，则圆柱导体（1）上任一点的坐标函数为，，；将该坐标函数代入步骤S21中基本解的第一转化形式，得出基本解的第二转化形式：

；

S23：将步骤S22中基本解的第二转化形式积分，得出基本解的第三转化形式：

，a_v表示第v号圆柱导体（1）的半径，a_u表示第u号圆柱导体（1）的半径。

3.根据权利要求2所述的基板集成波导天线的设计方法，其特征在于：所述步骤S3包括：

S31：将步骤S23中基本解的第三转化形式转化为如下的联立线性方程式：，其中A表示圆柱导体（1）的电流感应，A_ii表示第i个圆柱导体（1）的自感，A_ij表示第i个圆柱导体（1）对第j个圆柱导体（1）的互感，X_i表示第i个圆柱导体（1）产生的散射波强度，B_i表示第i个圆柱导体（1）上的电流分布；

S32：将系数行列式对称化，通过矩阵变换得出如下散射波强度的公式：，其中，

，

。

4.根据权利要求1所述的基板集成波导天线的设计方法，其特征在于：令所述圆柱导体（1）的直径为D，沿平行波导通道（4）的方向上，相邻两个圆柱导体（1）的中心距为P，则D/P=0.5。

5.根据权利要求1所述的基板集成波导天线的设计方法，其特征在于：所述圆柱导体（1）为金属管。

6.根据权利要求4所述的基板集成波导天线的设计方法，其特征在于：所述同轴电缆（3）设置于所述波导组件的中心线上。

7.根据权利要求4所述的基板集成波导天线的设计方法，其特征在于：输入电磁波的波长为λ；沿垂直波导通道（4）的方向上，相邻两个圆柱导体（1）的中心距为D₁，则满足如下关系：D₁=0.9λ。