專利名稱：毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于微波毫米波無線通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)探測等領(lǐng)域的 漏波天線，可作為頻率掃描天線使用，屬于微波毫米波天線設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在各種無線通信和雷達(dá)系統(tǒng)中，信息的發(fā)射與接受均依賴于天線。行波天線是 非常重要的一類天線，其可分為表面波天線和漏波天線兩大類。其中，漏波天線將 功率約束于傳輸線內(nèi)，在允許功率逸出的開口處輻射，且輻射出與線源軸線成一定 角度的斜射波束。此類天線具有若干優(yōu)點(diǎn)，如較窄的半功率波瓣寬度、高效率、頻 率掃描能力等。與其它類型的波導(dǎo)縫隙漏波天線相比，連續(xù)長槽漏波天線不僅擁有 相似的優(yōu)異性能，而且其設(shè)計(jì)與加工過程更為簡便。例如，在波導(dǎo)寬邊的金屬壁上 開一根直的長縫隙，即可以的得到最為簡單的一種連續(xù)長槽漏波天線直長槽漏波
天線。其可以極為方便的得到中等增益(15-20dB)的波束，而且其加工精度很高、 容差性能很好，但無法實(shí)現(xiàn)對輻射方向圖的賦形。另一種常見的連續(xù)長槽漏波天線 ——彎曲長槽漏波天線利用長槽弧度的變化，即槽的不同位置距中心線的偏移量不 同，可以方便地對遠(yuǎn)場輻射方向圖進(jìn)行賦形，從而實(shí)現(xiàn)所需的副瓣電平。但這種彎
曲長槽漏波天線也存在一些問題，集中表現(xiàn)為由于不對稱的彎曲縫隙對交叉極化 電平的惡化和普通加工工藝無法保證對彎曲長槽加工的精度。與之類似，在彎曲的 波導(dǎo)寬壁上開長直槽，波導(dǎo)的彎曲形狀由所需要的輻射方向圖決定，也可以得到低 副瓣的漏波天線。這種彎曲波導(dǎo)直長槽漏波天線可以有效地避免交叉電平的惡化， 但彎曲波導(dǎo)的加工更為困難，故無法真正地投入實(shí)用。
因此，我們利用新型傳輸線結(jié)構(gòu)——基片集成波導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)波彎曲導(dǎo)直長槽漏波 天線。由于基片集成波導(dǎo)的側(cè)壁是由兩排金屬化通孔構(gòu)成，利用普通的印刷電路板
工藝(PCB)即可精確地對孔的位置進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)任意形狀的彎曲側(cè)壁，以滿
足設(shè)計(jì)需求。與此同時(shí)，普通的印刷電路板工藝在介質(zhì)基片覆銅層上蝕刻彎曲長槽 的加工精度并不高，但對直槽，尤其是長直槽的加工精度和容差非常好。此外，基 片集成波導(dǎo)是一平面電路結(jié)構(gòu)，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如低剖面、低損耗、加工成本 低、可重復(fù)性好，在毫米波應(yīng)用中能保持優(yōu)良的性能。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線， 可以實(shí)現(xiàn)低副瓣的輻射方向圖設(shè)計(jì)，同時(shí)具有很好的交叉極化特性。整個(gè)天線采用 基片集成波導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其容差性能優(yōu)異、加工精度高，能直接與射頻電路相集成， 具有損耗低，成本低，容易大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。
技術(shù)方案本發(fā)明的毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線為一平面電路結(jié) 構(gòu)，上層金屬敷銅面、下層金屬敷銅面分別位于介質(zhì)基片的上、下表面，兩排彎曲 排列的金屬化通孔穿過介質(zhì)基片將上層金屬敷銅面、下層金屬敷銅面相連接形成彎 曲的基片集成波導(dǎo)；彎曲的基片集成波導(dǎo)的上層金屬敷銅面上的兩排彎曲排列的金 屬化通孔之間蝕刻有一根長直槽；輸入端口位于所述的基片集成波導(dǎo)的一端，輸出 端口位于所述的基片集成波導(dǎo)的另一端，工作時(shí)輸出端口接50歐姆匹配電阻。
所述的金屬化通孔構(gòu)成的基片集成波導(dǎo)彎曲的側(cè)壁在不同位置距長直槽中心線 的偏移量由所需遠(yuǎn)場輻射方向圖和副瓣電平來確定。
本發(fā)明中的毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線的波束指向隨工作頻率的 變化而進(jìn)行連續(xù)的掃描，隨工作頻率的增加，掃描波束的指向朝漏波傳播的方向移 動(dòng)。
有益效果本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
l:)根據(jù)需要，能設(shè)計(jì)出低副瓣的漏波天線，對遠(yuǎn)場輻射方向圖進(jìn)行賦形。 2:)隨工作頻率的變化，波束的指向變化，實(shí)現(xiàn)較寬角度范圍的連續(xù)掃描。 3:)具有很好的交叉極化性能。
4:)可利用普通印刷電路板工藝進(jìn)行制作，成本低，精度高、容差性能好，易
于大規(guī)模生產(chǎn)、可重復(fù)性高。 5:)結(jié)構(gòu)平面化、集成化。
6:)工作于毫米波頻段時(shí)，損耗低、互耦小、性能優(yōu)異。


圖1是本發(fā)明毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2是本發(fā)明毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線的平面結(jié)構(gòu)示意圖， 圖中有上層金屬敷銅面l、下層金屬敷銅面2、介質(zhì)基片3、金屬化通孔4、
直長槽5、直長槽位置51、直長槽中心線距基片集成波導(dǎo)側(cè)壁的偏移量52、輸入端
口 61、輸出端62。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中的毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線包括上層金屬敷銅面1、 下層金屬敷銅面2、介質(zhì)基片3、金屬化通孔4、直長槽5、輸入端口61、輸出端口 62;上層金屬敷銅面l、下層金屬敷銅面2分別位于介質(zhì)基片3的上下表面，金屬 化通孔4穿過介質(zhì)基片3與上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2相連接形成彎曲 的基片集成波導(dǎo)；彎曲的基片集成波導(dǎo)的上層金屬敷銅面1上蝕刻有一根長直槽5; 輸入端口 61與毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線的一端相連，輸出端口 62
與毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線的另一端相連，工作時(shí)輸出端口 62接 50歐姆匹配負(fù)載以吸收剩余能量。在不同直長槽位置51，直長槽中心線距金屬化通 孔4構(gòu)成的基片集成波導(dǎo)側(cè)壁的偏移量52可由下述計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法確定 1)確定基片集成波導(dǎo)的尺寸。預(yù)先確定遠(yuǎn)場輻射輻射方向圖波束的指向&工作頻 率為/，基片集成波導(dǎo)使用的介質(zhì)基片3的介電常數(shù)^，利用式(1)確定基片 集成波導(dǎo)寬度a，基片集成波導(dǎo)金屬化通孔4孔徑為A孔間距為s。
2) 利用電磁仿真軟件對一組直的基片集成波導(dǎo)進(jìn)行建模，每一個(gè)直的基片集成波 導(dǎo)的寬壁上開有一根直長槽5，不同基片集成波導(dǎo)上的直長槽中心線距基片集成 波導(dǎo)側(cè)壁的偏移量52不同。在仿真時(shí)，基片集成波導(dǎo)的上層金屬敷銅面1、下 層金屬敷銅面2、金屬化通孔4設(shè)置為無金屬導(dǎo)體損耗，基片集成波導(dǎo)的介質(zhì)基 片3設(shè)置為無介質(zhì)損耗。通過仿真得到輻射因子ot與直長槽中心線距基片集成 波導(dǎo)側(cè)壁的偏移量52的關(guān)系。
3) 根據(jù)所需要的方向圖，確定所需的口徑面電流分布J (/)。設(shè)定直長槽5的總長 度為丄，剩余能量/ ，利用式(2)確定在不同直長槽位置51 (即不同/處)所 需的輻射因子《 (/)。再利用步驟2)中得到的輻射因子ct與直長槽中心線距基 片集成波導(dǎo)側(cè)壁的偏移量52的關(guān)系，來確定在不同直長槽位置51，所需的直長 槽中心線距基片集成波導(dǎo)側(cè)壁的偏移量52。<formula>formula see original document page 5</formula>通過以上步驟，在中心頻率35GHz處實(shí)現(xiàn)毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線，并測試其整體性能?；x用Rogers Duroid 5880，其介質(zhì)常數(shù)為2. 2，厚 度1. 575mm。在33GHz到37. 5GHz的頻率范圍內(nèi)，該漏波天線的回波損耗均優(yōu)于10dB。 該漏波天線的輻射方向圖在暗室里測試。在中心頻率35GHz處，測得其增益為 12. 36dB，副瓣電平為-27. 86dB，交叉極化電平為-40. 14dB， 3dB波瓣寬度為14. 76。， 波束指向?yàn)?8.5。，輻射效率為65.7%。根據(jù)漏波天線的特點(diǎn)，在不同工作頻率， 其波束指向不同，可作為頻率掃描天線。因此，在32. 5GHz到37. 5GHz的頻率范圍 內(nèi)測試該漏波天線的輻射方向圖，測試結(jié)果見下表。
工作頻率波束指向增益副瓣電平半功率波瓣寬度
32. 5 GHz24. 1。10. 3dB-22.53dB16. 61°
33 GHz26. 9。11.15dB-23.82dB15. 56°
33. 5 GHz30. 2。11.25dB-26.58dB15. 42°
34 GHz33. 5°11.67dB-25.96dB15. 25°
34. 5 GHz36°11.83dB-25.15dB15. 4°
35 GHz38. r12.02dB-26.03dB15. 26°
35. 5 GHz39.2°12. 29dB-23.73dB15. or
36 GHz41. 8°12. 8dB-23.79dB14. 22°
36. 5 GHz43. 5。13. 29dB-22.02dB13. 11°
37 GHz45. 8°13.84dB-22.28dB12. 03。
37. 5 GHz48. r12. 7dB-19.31dB10. 26°
權(quán)利要求
1.一種毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線，其特征在于該漏波天線為一平面電路結(jié)構(gòu)，上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)分別位于介質(zhì)基片(3)的上、下表面，兩排彎曲排列的金屬化通孔(4)穿過介質(zhì)基片(3)將上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)相連接形成彎曲的基片集成波導(dǎo)；彎曲的基片集成波導(dǎo)的上層金屬敷銅面(1)上的兩排彎曲排列的金屬化通孔(4)之間蝕刻有一根長直槽(5)；輸入端口(61)位于所述的基片集成波導(dǎo)的一端，輸出端口(62)位于所述的基片集成波導(dǎo)的另一端，工作時(shí)輸出端口(62)接50歐姆匹配電阻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線，其特征在 于所述的金屬化通孔(4)構(gòu)成的基片集成波導(dǎo)彎曲的側(cè)壁在不同位置距長直槽(5) 中心線的偏移量由所需遠(yuǎn)場輻射方向圖和副瓣電平來確定。
全文摘要
毫米波彎曲基片集成波導(dǎo)直長槽漏波天線涉及一種可應(yīng)用于微波毫米波無線通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)探測等領(lǐng)域的漏波天線，可作為頻率掃描天線使用，該漏波天線為一平面電路結(jié)構(gòu)，上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)分別位于介質(zhì)基片(3)的上、下表面，兩排彎曲排列的金屬化通孔(4)穿過介質(zhì)基片(3)將上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)相連接形成彎曲的基片集成波導(dǎo)；彎曲的基片集成波導(dǎo)的上層金屬敷銅面(1)上的兩排彎曲排列的金屬化通孔(4)之間蝕刻有一根長直槽(5)；輸入端口(61)位于所述的基片集成波導(dǎo)的一端，輸出端口(62)位于所述的基片集成波導(dǎo)的另一端，工作時(shí)輸出端口(62)接50歐姆匹配電阻。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK101577368SQ20091003324
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者柯 吳, 偉 洪, 程鈺間 申請人:東南大學(xué)