[發明專利]間隙波導串聯饋電的高增益毫米波天線

在審

• 申請號: 201710409149.9
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107293852A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 王昊;季爽;曹建銀;鄭玉雪
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q21/06;H01Q13/10;H01Q1/50;H01Q1/48
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 馬魯晉

技術領域

本發明涉及一種毫米波天線技術，特別是一種基于槽型間隙波導串聯饋電的毫米波陣列天線。

背景技術

對于毫米波段，特別是60GHz以上的頻段，傳統微帶線及共面波導線等平面傳輸線由于色散和介電材料的損耗，將產生較高的傳輸損耗，并且由于尺寸的限制，對其加工精度的要求極高；另一方面，矩形波導和同軸傳輸線由于高頻下的低損耗而被使用，但在毫米波段仍存在加工技術復雜、成本高昂、與有源微波電子電路集成困難的問題。

文獻1(P.S.Kildal,E.Alfonso,A.Valero-Nogueira and E.Rajo-Iglesias,"Local Metamaterial-Based Waveguides in Gaps Between Parallel Metal Plates,"in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,vol.8,no.,pp.84-87,2009.)提出間隙波導GWG(Gap waveguide)傳輸線技術，作為傳統金屬波導的演進。鑒于其具有低傳輸損耗、低加工成本以及高集成度等特性，被廣泛適用于毫米波系統。其中，槽型間隙波導具有與傳統金屬波導相同的場分布，并且最易加工。

文獻2(Cao,Baolin,et al."W-Band High-Gain TE220-Mode Slot Antenna Array With Gap Waveguide Feeding Network."Antennas&Wireless Propagation Letters IEEE,2015:988-991.)公開了高次模激勵的2*2線極化縫隙子陣用于高增益的W波段的陣列天線的應用。為了提高整體性能，天線子陣用微帶型間隙波導傳輸線構成的并饋網絡饋電，天線口徑效率可達66％。

串聯饋電網絡比并聯饋電網絡的損耗更低，傳輸效率更高，這種優勢在設計大型陣列時更加顯著。現有技術一般采用間隙波導并聯饋電的方式實現二維高增益二維陣列，存在著結構復雜、陣面效率較低的缺點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠工作在毫米波段，基于間隙波導串饋網絡實現高增益的縫隙天線陣列。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種間隙波導串聯饋電的高增益毫米波天線，包括高效率輻射單元子陣層、間隙波導縫隙耦合串聯饋電網絡以及波導縫隙耦合饋電結構；所述間隙波導縫隙耦合串聯饋電網絡位于高效率輻射單元子陣層和波導縫隙耦合饋電結構之間，所述高效率輻射單元子陣層包括若干呈矩陣排列的高效率輻射單元子陣；

所述間隙波導縫隙耦合串聯饋電網絡包括上層金屬面、空氣層、周期性排列的金屬柱和接地板，接地板上設置周期性排列的金屬柱，周期性排列的金屬柱上方設置上層金屬面，周期性排列的金屬柱和上層金屬面之間設置空氣層，上層金屬面上開有若干呈周期性排列的耦合縫隙；

波導縫隙耦合饋電結構為矩形波導，位于間隙波導縫隙耦合串聯饋電網絡底部，用于對間隙波導縫隙耦合串聯饋電網絡進行中心饋電，矩形波導上層寬邊開呈周期性排列的耦合縫隙。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：1)本發明公開的間隙波導串聯饋電的毫米波陣列天線明顯提高了陣列口徑效率，有利于滿足毫米波天線高增益的要求；2)本發明公開的間隙波導串聯饋電的毫米波陣列天線有利于降低饋網的整體尺寸，實現小型化的要求；3)本發明公開的間隙波導串聯饋電的毫米波陣列天線結構簡單，穩定度高，便于加工，成本低，有利于實現大規模生產。

下面結合附圖對本發明做進一步詳細的描述。

附圖說明

圖1為本發明槽型間隙波導串聯饋電的毫米波陣列天線結構示意圖。

圖2為本發明槽型間隙波導串聯饋電的毫米波陣列天線中矩形波導中饋間隙波導結構示意圖。

圖3為本發明槽型間隙波導串聯饋電的毫米波陣列天線中單元子陣結構示意圖。

圖4為本發明槽型間隙波導串聯饋電的毫米波陣列天線中單元子陣反射系數|S11|及增益隨頻率變化曲線圖。

圖5為本發明一種槽型間隙波導串聯饋電的毫米波陣列天線反射系數|S11|及增益隨頻率變化曲線圖。

圖6為本發明槽型間隙波導串聯饋電的毫米波陣列天線E面、H面輻射方向圖。

圖7為本發明金屬柱在周期性邊界條件下形成電磁帶隙結構的仿真色散曲線圖。

具體實施方式