[發(fā)明專利]與平面饋源一體化集成的毫米波折合式反射陣天線

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310456660.6
• 申請(qǐng)日: 2013-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN103490156A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪偉;江梅;張彥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q1/38
• 分類號(hào): H01Q1/38;H01Q19/10;H01Q21/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種低剖面、高增益、高效率、與平面饋源一體化集成的折合式反射陣天線，主要應(yīng)用于無線通信、雷達(dá)、成像系統(tǒng)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來隨著毫米波反射陣天線在現(xiàn)代通信、雷達(dá)、成像系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域中的快速發(fā)展，毫米波反射陣天線面臨著高效率、低成本、平面化、高度集成化的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的反射陣天線利用平面單元的相移特性代拋物面本身的曲面特性實(shí)現(xiàn)球面波向平面波轉(zhuǎn)換的功能，以提高增益和定向性。折合式反射陣天線在傳統(tǒng)平面反射陣天線的基礎(chǔ)上利用光路折合的原理使其厚度降低為傳統(tǒng)反射陣的一半，具有低剖面、低交叉極化的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也避免了口徑遮擋。毫米波高增益天線和平面有源電路集成是毫米波電路發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。為了便于與平面電路集成，提高系統(tǒng)的集成度，同時(shí)又保證天線的效率，折合式反射陣天線的設(shè)計(jì)還有一些需要解決的問題。

一方面，傳統(tǒng)的反射陣大多采用喇叭饋源，喇叭有一定高度、體積大、加工成本高、而且不易與其他電路集成。平面饋源來替代傳統(tǒng)喇叭饋源能夠有效減小饋源體積，降低安裝的復(fù)雜度，同時(shí)提高系統(tǒng)的集成度。常用的平面集成的小型化天線包括：微帶天線，共面波導(dǎo)天線和基片集成波導(dǎo)天線等。其中微帶天線和共面波導(dǎo)天線均為開放結(jié)構(gòu)，在毫米波頻段損耗明顯，且在系統(tǒng)集成時(shí)要與其他電路留一段保護(hù)距離以避免干擾其他電路。基片集成波導(dǎo)是通過在介質(zhì)基片上打一系列金屬通孔陣列形成具有和矩形金屬波導(dǎo)類似傳輸特性和場分布的結(jié)構(gòu)?；刹▽?dǎo)屬于封閉的結(jié)構(gòu)，具有高功率、高Q值、低損耗的特點(diǎn)。基片集成波導(dǎo)寬邊縫隙陣天線具有較好的增益和方向性，損耗低，易于平面集成，且便于密封，比較適合用作寬邊輻射的平面饋源。但其單個(gè)縫隙單元具有較窄的帶寬，且輻射方向圖會(huì)隨著頻率變化會(huì)產(chǎn)生波束搖頭現(xiàn)象，因此需要研究一種組陣形式和饋電形式解決波束搖頭，同時(shí)展寬帶寬。

另一方面，反射陣天線的效率不高一直是反射陣天線設(shè)計(jì)需要解決的問題。反射陣天線的效率一般研究的是口徑效率，即實(shí)際增益與最大定向性（物理口徑所能達(dá)到的定向性）的比值。對(duì)于大口徑反射面天線當(dāng)其口面場幅度均勻且相位一致時(shí)可以實(shí)現(xiàn)理論上100%口徑效率。但在實(shí)際應(yīng)用中幅度不均勻性、相位誤差、以及饋源波束不能完全被反射面截獲產(chǎn)生的溢出損耗都會(huì)造成增益的損失和效率下降，一般反射陣天線的效率只有10%-30%。因此如何聯(lián)合設(shè)計(jì)反射陣天線和平面饋源，以提高總體的天線效率是一個(gè)反射陣天線研究的熱點(diǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種采用介質(zhì)基片實(shí)現(xiàn)的高增益、高效率、低剖面、與平面饋源一體化集成的毫米波折合式反射陣天線，能有效提高反射陣天線的效率，減小饋源體積，降低安裝的復(fù)雜度，同時(shí)提高系統(tǒng)的集成度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種與平面饋源一體化集成的毫米波折合式反射陣天線，其特征在于該天線為分層結(jié)構(gòu)，從上到下依次設(shè)有極化柵、反射陣和平面饋源。

平面饋源包括底層介質(zhì)基片、位于底層介質(zhì)基片上表面的一號(hào)金屬面和位于底層介質(zhì)基片下表面的二號(hào)金屬面；反射陣包括中間層介質(zhì)基片、位于中間層介質(zhì)基片上方的金屬貼片和位于中間層介質(zhì)基片下方的接地金屬；極化柵包括頂層介質(zhì)基片和位于頂層介質(zhì)基片下方的金屬條帶。

更進(jìn)一步的，平面饋源設(shè)有基片集成波導(dǎo)，平面饋源設(shè)有貫穿一號(hào)金屬面底層介質(zhì)基片和二號(hào)金屬面的金屬化通孔陣列；基片集成波導(dǎo)由一號(hào)金屬面、二號(hào)金屬面和金屬化通孔陣列圍成的區(qū)域構(gòu)成。

更進(jìn)一步的，基片集成波導(dǎo)包括內(nèi)側(cè)基片集成波導(dǎo)，內(nèi)側(cè)基片集成波導(dǎo)外接外圍基片集成波導(dǎo)，外圍基片集成波導(dǎo)的末端與過渡轉(zhuǎn)接基片集成波導(dǎo)相連；一號(hào)金屬面在其中心線兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有若干輻射縫隙，輻射縫隙由內(nèi)側(cè)基片集成波導(dǎo)并行饋電；過渡轉(zhuǎn)接基片集成波導(dǎo)底部的二號(hào)金屬面設(shè)有作為平面饋源輸入/輸出耦合窗口的矩形開口，中間層介質(zhì)基片中心設(shè)有矩形金屬化孔。

更進(jìn)一步的，外圍基片集成波導(dǎo)的內(nèi)部設(shè)有用于調(diào)節(jié)匹配的金屬化通孔；設(shè)過渡轉(zhuǎn)接基片集成波導(dǎo)與外圍基片集成波導(dǎo)相連的一端為A端，另一端為B端，過渡轉(zhuǎn)接基片集成波導(dǎo)從A端到B端階梯變寬。

更進(jìn)一步的，輻射縫隙的數(shù)目是由饋源天線的增益要求所確定的，在本設(shè)計(jì)實(shí)例中輻射縫隙為四個(gè)，輻射縫隙長度在其諧振長度附近，優(yōu)選等于其諧振長度；輻射縫隙距離內(nèi)側(cè)基片集成波導(dǎo)短路端約約等于二分之一導(dǎo)波波長，優(yōu)選二分之一導(dǎo)波波長。

更進(jìn)一步的，反射陣和極化柵之間還設(shè)有空氣層。