[發明專利]W波段大規模圓口徑高效率SIW縫隙陣列天線

在審

• 申請號: 202210251837.8
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114665283A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 齊世山;趙俊杰;吳文;趙京川;孫光超
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01Q21/06
• 分類號: H01Q21/06;H01Q21/00;H01Q13/10;H01Q1/38;H01Q1/50;H01P5/12
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

本發明公開了一種W波段大規模圓口徑高效率SIW縫隙陣列天線，包括PCB板以及設置在PCB板上的饋電波導，所述PCB板的上層為輻射縫隙層，所述輻射縫隙層為金屬覆層，并在金屬覆層蝕刻出若干個呈矩陣形式排布的輻射縫隙作為陣列天線的輻射單元，沿輻射縫隙延展方向作為行，在每行輻射縫隙兩側設置貫穿PCB板的金屬通孔，構成SIW；PCB板的中間層為介質基板；PCB板的下層為耦合縫隙層，所述耦合縫隙層為金屬覆層，并在金屬覆層蝕刻出多個耦合縫隙將底部饋電波導的能量耦合進每行SIW。本發明的W波段大規模圓口徑高效率集成基片波導縫隙陣列天線具有結構緊湊、加工簡單、體積小、成本低以及口徑效率高等優勢。

技術領域

本發明屬于毫米波陣列天線技術領域，具體為一種W波段大規模圓口徑高效率SIW縫隙陣列天線。

背景技術

毫米波段的電磁波在大氣窗口(35GHz、94GHz、140GHz、220GHz)頻點附近傳播時具有反射小、衰減小、散射小等特點，并且面對頻譜資源相對緊張的今天，目前對于相關頻率的毫米波系統的研究就尤為重要，此類系統需要低成本、高效率、高增益的毫米波天線，對于一些特殊的應用往往還需要圓口徑的天線陣面設計。

針對于94GHz即W波段的天線來說，如何實現高效率和低成本的設計至關重要。波導縫隙陣列天線因低損耗、效率高等優勢是W波段天線設計的常用天線種類之一，但常規采用串饋結構的波導縫隙天線在設計大規模陣列時帶寬過窄。與傳統的波導縫隙陣列類似，間隙波導縫隙天線也具有效率高、損耗低的優點，且由于并饋網絡的設計使其可以獲得更寬的阻抗帶寬，但間隙波導結構復雜，在毫米波段會導致加工難度大、成本高的缺點。反射陣天線無需饋電網絡，具有成本低、損耗低、易于實現高增益的特點，但其體積過大，不適用于小型化的設計要求。微帶天線具有低剖面、低成本的優點被廣泛應用于各種天線設計中，但微帶結構在毫米波段尤其是W波段的損耗太大，難以實現高效率。

SIW結合了平面線結構和非平面波導的優點，SIW低剖面、低成本、易于集成和低損耗的特點使其在毫米波段具有很大的應用前景。目前針對毫米波段SIW陣列天線的研究多集中于利用并饋網絡的結構設計SIW陣列，這種結構可以很好地增加天線帶寬，但在毫米波段隨著陣列尺寸的增加損耗逐漸增大，導致天線效率降低，且不適用于圓口徑的天線陣面設計。目前也有利用SIW高次模的設計來減少饋電損耗提高效率，但這種方法隨著模次越高帶寬越窄，難以實現大規模陣列設計。

因此現有的W波段陣列天線技術在設計大規模陣列時難以同時實現高效率、圓口徑、低成本及較寬的帶寬，難以滿足某些W波段毫米波系統的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種W波段大規模圓口徑高效率SIW縫隙陣列天線，用于解決現有技術在設計大規模W波段毫米波陣列天線時難以同時滿足高效率、圓口徑、低成本及較寬帶寬的不足。

實現本發明目的的技術方案為：一種W波段大規模圓口徑高效率SIW縫隙陣列天線，包括PCB板以及設置在PCB板上的饋電波導，所述PCB板的上層為輻射縫隙層，所述輻射縫隙層為金屬覆層，并在金屬覆層蝕刻出若干個呈矩陣形式排布的輻射縫隙作為陣列天線的輻射單元，沿輻射縫隙延展方向作為行，在每行輻射縫隙兩側設置貫穿 PCB板的金屬通孔，構成SIW；PCB板的中間層為介質基板；PCB板的下層為耦合縫隙層，所述耦合縫隙層為金屬覆層，并在金屬覆層蝕刻出多個耦合縫隙將底部饋電波導的能量耦合進每行SIW。

優選地，所述饋電波導以耦合縫隙層作為其上波導壁。

優選地，所述饋電波導為金屬腔體結構。

優選地，每行SIW的寬度相等，均等于耦合波導的波導波長。

優選地，天線陣面劃分為4個關于陣面幾何中心位置中心對稱的區域，由饋電波導為每個區域進行饋電。