[发明专利]一种高增益窄波束微带阵列天线的结构与设计方法

说明书

本申请公开了一种高增益窄波束微带阵列天线的结构与设计方法，可应用于天线技术领域，包括：第一金属层、第二高频介质层以及第三金属层；第一金属层包括：天线阵列部分以及馈线传输部分；天线阵列部分由24列子阵列以及功率分配网络构成；馈线传输部分由依次连接的共面波导结构、第一匹配变换段、基片集成波导结构、第二匹配变换段以及微带结构构成；子阵列在俯仰面采用对称结构，通过功率分配网络合成，其合口是微带结构；共面波导结构直接与收发芯片连接。由此，根据预期波束宽度确定阵元数后，由切比雪夫加权系数调整阵元宽度，由泰勒分布加权系数调整四分之一波长阻抗变换线的宽度，并合理设计基片集成波导结构实现与天线阵列部分的匹配。

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种高增益窄波束微带阵列天线的结构与设计方法。

背景技术

由于微波毫米波集成技术的发展和空间技术对低剖面天线的迫切需求，微带天线引起了人们极大的兴趣，并逐渐成为了天线领域中一个专门的分支。

微带天线与普通天线相比具有低剖面、体积小、重量轻、易共形、适合大量生产以及易于与有源器件集成等特点。其中毫米波微带天线在当今无线电频谱越来越拥挤且低频段趋于饱和的环境下，能够进一步地提高无线通信的传输速率和雷达的分辨率，从而成为了研究重点。现有的毫米波微带天线一般具有增益不高、方向性不强的缺点。

因此，如何提高毫米波微带天线的增益及方向性，是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

基于上述问题，本申请提供了一种高增益窄波束微带阵列天线的结构与设计方法，根据预期波束宽度和增益确定阵元数后，由切比雪夫加权系数调整阵元宽度，由泰勒分布加权系数调整横向主馈线上四分之一波长阻抗变换线的宽度，并合理优化设计基片集成波导结构实现与天线阵列部分的匹配，提高了毫米波微带天线的增益及方向性。

第一方面，本申请提供了一种高增益窄波束微带阵列天线的结构，包括：第一金属层、第二高频介质层以及第三金属层；

所述第一金属层包括：天线阵列部分以及馈线传输部分；

所述天线阵列部分由24列子阵列以及功率分配网络构成；

所述馈线传输部分由依次连接的共面波导结构、第一匹配变换段、基片集成波导结构、第二匹配变换段以及微带结构构成；

所述子阵列在俯仰面采用对称结构，并通过所述功率分配网络合成，其合成端口为所述微带结构；

所述共面波导结构直接与收发芯片连接。

可选的，所述子阵列包括：8个阵元以及次馈线；

所述阵元的长度为0.5个介质波导波长；

两个所述阵元之间通过长度为0.5个介质波导波长的所述次馈线串联。

可选的，所述高增益窄波束微带阵列天线的俯仰面的副瓣电平为-20 dB。

可选的，所述功率分配网络包括：横向主馈线、四分之一波长阻抗变换线和1分2合路器；

所述四分之一波长阻抗变换线位于所述横向主馈线与所述子阵列相交连接处，调整所述四分之一波长阻抗变换线的宽度，可实现泰勒分布加权的功率分配。

可选的，所述高增益窄波束微带阵列天线的方位面的副瓣电平为-25 dB。

可选的，所述第一匹配变换段包括：共面波导与基片集成波导匹配变换段；

所述共面波导与基片集成波导匹配变换段，用于连接所述共面波导结构和所述基片集成波导结构，实现此处的阻抗匹配。

可选的，所述第二匹配变换段包括：基片集成波导与微带传输线匹配变换段；

所述基片集成波导与微带传输线匹配变换段，用于连接所述基片集成波导结构和所述微带结构，实现此处的阻抗匹配。

可选的，所述第一金属层还包括：金属化过孔；