[发明专利]一种基板集成波导天线的设计方法

说明书

本发明公开了一种基板集成波导天线的设计方法，基板集成波导天线包括由若干阵列布置的圆柱导体组成的波导组件和连接于波导组件轴向两端的介质基板，其中一个介质基板连接一同轴电缆；所述方法包括以下步骤：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的直径和相邻圆柱导体间距的取值问题。本发明在对电磁波辐射进行分析时，采用了基于全域基函数的矩量法，将天线设计的主要问题转化为关于柱面坐标的计算问题，大大减少了仿真计算的数据量。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种基板集成波导天线的设计方法。

背景技术

近年来，无线通信技术得到了快速发展并获得了广泛应用。在通信系统中，由于有源器件的非线性特性，在工作频带外会产生大量的杂波信号，一方面会恶化系统性能，另一方面会对其他系统产生干扰。因此，对天线和滤波器的频率选择性提出了很高的要求，从而达到抑制带外杂波和干扰的目的。

基板集成波导是近年来研究和应用较多的波导结构，它不仅保留了传统金属波导的辐射损耗小、插入损耗低、功率容量大等特点，同时具有成本低、尺寸小、重量轻、易集成等优点，因此具有很高的工程应用价值。

常用天线的频率选择特性很差，对系统的带外杂波和干扰抑制不明显，因此需要一种具有良好频率选择特性的天线，抑制带外杂波和干扰，从而降低对系统中其他器件设计指标的要求，降低系统的实现成本。而且目前由于针对天线的波导仿真计算数据很大，很难计算出合理的天线参数值，使天线的散射波强度达到最佳。

发明内容

本发明提出一种基板集成波导天线的设计方法，用于解决目前针对天线的波导仿真计算数据很大，很难计算出合理的天线参数值的技术问题。

一种基板集成波导天线，包括由若干阵列布置的圆柱导体组成的波导组件和连接于波导组件轴向两端的介质基板，其中介质基板连接一同轴电缆。

一种基板集成波导天线的设计方法，所述方法采用以上所述的基板集成波导天线，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。

进一步的，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：在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。

进一步的，所述步骤S2包括：

S21：根据圆柱导体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，。