一种宽频带低副瓣的基片集成波导缝隙阵天线

专利检索2025-07-02  27


本发明涉及天线,具体涉及一种宽频带低副瓣的基片集成波导缝隙阵天线。


背景技术:

1、目前自动驾驶技术发展迅速,其毫米波雷达传感器可以快速获得目标和自身的信息,是自动驾驶汽车智能化的主要体现。天线作为雷达系统的重要组成部分,低成本、高性能的天线具有重要意义。

2、微带线由于其具有体积小、占用空间少、便于设计加工等优势被广泛应用。然而,传统的微带传输结构属于半开放结构,在微波高频段的毫米波频段,电磁泄漏非常严重,使得微带传输线损耗较大。而矩形波导进行馈电时,其损耗较低。但是,矩形波导同样具有体积大、质量重、不利于加工且不易于集成的缺点。基片集成波导(substrate integratedwaveguide,siw)阵列天线,能够集传统波导天线优点和微带的结构优势于一身,并且其设计和生产成本比较低,从而比较适合于高频系统的应用。

3、公开号为cn109216937a的中国发明专利提出了一种基于77ghz毫米波雷达的siw缝隙天线系统,包括介质层、缝隙天线层和馈电层。缝隙天线层和馈电层分布于介质基板的两面上,缝隙天线与馈电层通过中心耦合馈电;缝隙天线层上设有多个由缝隙阵元构成的siw缝隙天线,缝隙阵元的数量为偶数。这种天线系统虽然解决了工作带宽的问题,但是增益下降较大,且方位面的波束宽度较窄。公开号为cn111697350a的中国发明专利提出了一种基于77ghz平衡对称式馈电的宽带siw缝隙天线,包括由多排缝隙线阵组成的面阵和与其相连的馈电网络。该馈电网络由级联的siw-t型功分器、波导转弯结构和交替相位功分器组成。该天线频带宽,增益高,副瓣低,但是馈电网络从线阵两端进行馈电,造成天线尺寸较大。


技术实现思路

1、本发明提供了一种宽频带低副瓣的基片集成波导缝隙阵天线,该天线具有宽频带、高增益、低副瓣和辐射稳定的特点。

2、本发明采用以下具体技术方案:

3、一种宽频带低副瓣的基片集成波导缝隙阵天线,该天线包括面阵和馈电网络;

4、所述面阵包括对称连接于所述馈电网络两侧的子面阵,每个子面阵均由至少两排基片集成波导缝隙线阵组成;

5、所述馈电网络具有中心轴线,并且为关于中心轴线镜像对称分布的多端口波导功分器,并对两个所述子面阵进行中心馈电,通过中心馈电来达到展宽匹配的作用;

6、所述多端口波导功分器包括第一介质基板、位于所述第一介质基板上表面的第一上金属贴片、以及位于所述第一介质基板下表面的第一下金属贴片;

7、所述第一介质基板设置有贯穿其厚度的多个第一金属通孔,每个第一金属通孔的两端与所述第一上金属贴片和所述第一下金属贴片相接;

8、所述第一上金属贴片上刻蚀有以中心轴线对称设置的多个旋转辐射缝隙,所述旋转辐射缝隙两两一组,分别对应每排基片集成波导缝隙线阵,每组的两个旋转辐射缝隙分别位于中心轴线的两侧且关于中心轴线镜像对称。

9、更进一步地,多个所述第一金属通孔包括多个边界金属通孔、多个匹配金属通孔和调节功率分配的多个功分金属通孔;

10、所述匹配金属通孔位于所述多端口波导功分器的中心轴线上,用于优化整个天线的匹配阻抗;

11、所述功分金属通孔位于输出端口两侧,实现对每个输出端口的功率调节,使所述多端口波导功分器的输出信号等幅。

12、更进一步地,所述旋转辐射缝隙与中心轴线之间形成夹角,用于切割输出端口处的电流进行能量辐射。

13、更进一步地,每排基片集成波导缝隙线阵包括第二介质基板、位于所述第二介质基板上表面的第二上金属贴片以及位于所述第二介质基板下表面的第二下金属贴片;

14、所述第二介质基板设置有贯穿其厚度的多个第二金属通孔,所述第二金属通孔的两端与所述第二上金属贴片和所述第二下金属贴片相接;

15、所述第二上金属贴片上刻蚀有多个纵向辐射缝隙;

16、相邻的两排基片集成波导缝隙线阵共用一排第二金属通孔。

17、更进一步地,所述第二金属通孔的直径为d1,相邻第二金属通孔之间的孔距为p2,p2与d1的关系满足:

18、d1≤p2≤2d1。

19、更进一步地,多个所述纵向辐射缝隙沿所述基片集成波导缝隙线阵的中轴线交错设置,相邻的两个纵向辐射缝隙之间的纵向间距为二分之一波导波长;

20、所述基片集成波导缝隙线阵的长度从中间到两侧为二次分布,用于抑制副瓣电平。

21、更进一步地,每个所述子面阵中,基片集成波导缝隙线阵的相对位置由所述多端口波导功分器输出相位确定,以保证所有辐射缝隙为同相辐射。

22、有益效果:

23、本发明的基片集成波导缝隙阵天线包括面阵和馈电网络;面阵包括对称连接于馈电网络两侧的子面阵,每个子面阵均由至少两排基片集成波导缝隙线阵组成;馈电网络为关于中心轴线镜像对称分布的多端口波导功分器,并对两个子面阵进行中心馈电,通过中心馈电来达到展宽匹配的作用;该天线将馈电网络设置于天线的两个子面阵中间,采用中心馈电结构,馈电网络可给基片集成波导缝隙线阵进行中心馈电,使天线能够获得较宽的工作带宽和稳定的辐射性能。

24、本发明的基片集成波导缝隙阵天线在多端口波导功分器的第一上金属贴片刻蚀有中心对称的偶数个旋转辐射缝隙,旋转辐射缝隙两两一组,分别对应每排基片集成波导缝隙线阵,每组的两个旋转辐射缝隙分别位于中心轴线的两侧且关于中心轴线镜像对称,旋转辐射缝隙的存在减少了天线孔径堵塞区的面积,降低了天线在h面的副瓣电平,满足天线高增益、低副瓣的工作要求。

25、本发明的基片集成波导缝隙阵天线为单层设计,制造、加工简单。



技术特征:

1.一种宽频带低副瓣的基片集成波导缝隙阵天线,其特征在于,包括面阵和馈电网络;

2.如权利要求1所述的天线,其特征在于,多个所述第一金属通孔包括多个边界金属通孔、多个匹配金属通孔和调节功率分配的多个功分金属通孔;

3.如权利要求1所述的天线,其特征在于,所述旋转辐射缝隙与中心轴线之间形成夹角,用于切割输出端口处的电流进行能量辐射。

4.如权利要求1所述的天线,其特征在于,每排基片集成波导缝隙线阵包括第二介质基板、位于所述第二介质基板上表面的第二上金属贴片以及位于所述第二介质基板下表面的第二下金属贴片;

5.如权利要求4所述的天线,其特征在于,所述第二金属通孔的直径为d1,相邻第二金属通孔之间的孔距为p2,p2与d1的关系满足:

6.如权利要求4所述的天线,其特征在于,多个所述纵向辐射缝隙沿所述基片集成波导缝隙线阵的中轴线交错设置,相邻的两个纵向辐射缝隙之间的纵向间距为二分之一波导波长;

7.如权利要求1所述的天线,其特征在于,每个所述子面阵中,基片集成波导缝隙线阵的相对位置由所述多端口波导功分器的输出相位确定,以保证所有辐射缝隙为同相辐射。

8.如权利要求1-7任一项所述的天线,其特征在于,所述第一介质基板和所述第二介质基板均采用rogers ro3003材料制成。


技术总结
本发明公开了一种宽频带低副瓣的基片集成波导缝隙阵天线,可用于毫米波车载雷达领域。该天线包括面阵和馈电网络:面阵包括对称连接于馈电网络两侧的子面阵,每个子面阵均由至少两排基片集成波导缝隙线阵组成;馈电网络为关于中心轴线镜像对称分布的多端口功率分配器,并对两个子面阵进行中心馈电,等效地将每一个线阵进一步拆分为两个更短的阵列,进而达到展宽匹配的作用。此外,在馈电网络的上金属贴片上蚀刻旋转槽,实现了对副瓣电平的抑制。上述天线小具有宽频带、高增益、低副瓣、辐射稳定和中心馈电的特点,同时,小尺寸的结构更易于集成。

技术研发人员:包增娣,赵怡洁,李阳
受保护的技术使用者:北京理工大学长三角研究院(嘉兴)
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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