[實用新型]基于半模基片集成波導的布拉格縫隙陣列天線

無效

• 申請號: 201020291349.2
• 申請日: 2010-08-11
• 公開（公告）號: CN201946751U
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 洪偉;賴清華;蒯振起
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q13/08;H01Q13/10;H01Q21/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

半?；刹▽ю侂姷腂ragg(布拉格)縫隙陣列天線是一種諧振式縫隙陣列天線，適用于點對點、遠距離通信的微波毫米波天饋系統。

背景技術

諧振式縫隙陣列天線，具有輻射效率高，增益高，波束指向固定等優點，因而常用于構建遠距離、點對點通信的天饋系統。從結構來看，此類天線通常是由在終端短路的(立體的或平面的)波導金屬壁上有規律地蝕刻細長縫隙切割表面電流而構成的。根據對極化的要求，縫隙走向可以是沿波導延伸方向(即縱向)、沿波導橫截面方向(即橫向)或45°方向。其中，橫向縫隙主要應用于要求電場極化方向與天線延伸方向一致的情形，例如天線要求水平擺放且電場要求水平極化。電場極化方向通常根據天線用途來決定，而天線擺放方向則通常受限于安裝平臺的形狀和尺寸。

輻射單元為橫向縫隙的縫隙陣列天線面臨的一個難題是如何抑制柵瓣。以空氣填充的矩形波導饋電的縫隙陣列天線為例，為了實現各單元同相激勵，相鄰橫向縫隙間距取為對應于中心頻率的一個波導波長，而此波長大于對應的真空波長，因此，該陣列天線在工作頻段內很可能會產生柵瓣。常用的消除柵瓣的方法有兩種：一是向空氣波導填充介質，二是輻射單元改用緊靠在一起的平行雙縫隙?；谄矫婊刹▽ю侂姷目p隙陣列天線即是第一種方法的成功范例。這種天線不僅消除了柵瓣，同時有效地降低了天線的輪廓和重量，使其便于集成和共性。同時，由于基片集成波導傳輸特性類似于同尺寸的介質填充矩形波導，因此矩形波導縫隙陣列天線的設計方法可以方便地應用于設計基片集成波導縫隙陣列天線，加之天線實物可以利用成熟的PCB生產加工而得，所以這種新型平面陣列天線的設計和加工成本都大為降低。但是，在有些場合，基片集成波導縫隙陣列天線橫向尺寸仍顯過大，不便于安裝在較小的平臺上。

因此，人們一直致力于研制在結構上，尺寸小、輪廓低、重量輕、易共性，在性能上，高增益、高輻射效率、能夠有效抑制柵瓣的諧振式橫向縫隙陣列天線。

發明內容

技術問題：本實用新型的目的為了實現一種在結構上，尺寸小、輪廓低、重量輕、易共性，在性能上，高增益、高輻射效率、能夠有效抑制柵瓣的基于半?；刹▽У牟祭窨p隙陣列天線，，這類天線能夠應用于遠距離、點對點通信的天饋系統。

技術方案：基于半?；刹▽У腂ragg縫隙陣列天線是由在一段終端短路的半模基片集成波導的金屬上表面周期性蝕刻小間距橫向縫隙而構成的，其中縫隙間距約為中心頻率對應的一個波導波長。設計時，首先根據天線工作頻段，選擇合適的介質基片材料和厚度，設計合理的半?；刹▽挾?，以保證天線工作于波導的低損耗區(即最佳工作頻段)。然后，根據對天線工作頻段，計算選取合適的縫隙間距以及最末一條橫向縫隙到波導終端短路面的距離。其次，根據對副瓣電平及增益的要求，計算選取合適的縫隙長度。最后，優化設計天線與均勻半?；刹▽еg的阻抗匹配網絡，以保證天線具有較寬的工作帶寬，并接收到較高的輸入功率。

本實用新型的基于半?；刹▽У腂ragg縫隙陣列天線包括具有周期性橫向縫隙的上表面金屬層、具有金屬化通孔的中間介質層、底面金屬層；其中，上表面金屬層上的周期性橫向縫隙垂直該陣列天線的長度方向排列，在上表面金屬層的一端即半模基片集成波導始端設有梯形微帶阻抗變換器，梯形微帶阻抗變換器的外端設有均勻50Ω微帶饋線，金屬化通孔沿該陣列天線的長度方向排列，在沒有梯形微帶阻抗變換器的一端即半模基片集成波導終端，金屬化通孔直角轉向排列至上表面金屬層的邊沿，即終端則用一排金屬化通孔短路。

周期性橫向縫隙的縫隙單元的間距D為最低工作頻率對應的真空中波長的1/8-1/2，縫隙單元的長度l₁為半模基片集成波導寬度w的1/10-4/5，縫隙單元的寬度w₁為最低工作頻率對應的真空中波長的1/20-1/15，金屬化通孔的直徑d為1/8-1/10波導寬度w，金屬化通孔的間距s為通孔直徑d的3/2。

所述的周期性橫向縫隙中的第一條橫向縫隙長度可調，用以實現縫隙陣列與波導饋線的阻抗匹配，其余縫隙長度相等；相鄰縫隙間距為一個波導波長，最末一條橫向縫隙距離波導短路終端約為半個波導波長。

有益效果：1)首次利用半?；刹▽Ъ夹g成功設計了Bragg縫隙陣列天線。該發明在保持了常見諧振式縫隙陣列天線的輻射性能的同時，給天線引入一些突出的優點。例如有效地抑制了柵瓣，更易于集成，易于共性設計等。2)本實用新型的?另一個突出特點是陣列形式為周期分布的橫向縫隙(即Bragg柵)，結構簡單，便于設計和加工。