專利名稱：內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種平面喇叭天線，尤其是ー種內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線。
背景技術(shù)：
喇叭天線在衛(wèi)星通信、地面微波鏈路及射電望遠(yuǎn)鏡等系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。但是，三維喇叭天線的較大的幾何尺寸和與平面電路エ藝的不兼容使得它的成本較高，從而限制了其應(yīng)用的發(fā)展。近年來，基片集成波導(dǎo)技術(shù)的 提出和發(fā)展很好的促進(jìn)了平面喇叭天線的發(fā)展?；刹▽?dǎo)有尺寸小、重量輕、易于平面集成和加工制作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。基于基片集成波導(dǎo)的平面的基片集成波導(dǎo)平面喇叭天線除了具有喇叭天線的特點(diǎn)外，還很好的實(shí)現(xiàn)了喇叭天線的小型化、輕型化，而且易于集成在微波毫米波平面電路中，但傳統(tǒng)的基片集成波導(dǎo)平面喇叭天線的增益相對(duì)比較低，其原因在于由于喇叭ロ不斷的張開，導(dǎo)致電磁波傳播到喇叭口徑面時(shí)出現(xiàn)相位不同歩，口徑電場(chǎng)強(qiáng)度的相位分布不均勻，輻射方向性和增益降低。目前已有采用介質(zhì)加載、介質(zhì)棱鏡等方法，矯正喇叭口徑場(chǎng)，但是這些方法都只能改善相位分布的一致性，而且這些相位校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)增加了天線的整體結(jié)構(gòu)尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線，該平面喇叭天線內(nèi)部嵌有金屬化過孔陣列用以矯正天線口徑面上電磁波的相位不一致、同時(shí)減少口徑面零場(chǎng)區(qū)的數(shù)量，提高天線的口徑效率和増益。技術(shù)方案本發(fā)明的內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線包括設(shè)置在介質(zhì)基板上的微帶饋線、基片集成波導(dǎo)喇叭天線和內(nèi)嵌金屬化過孔；所述微帶饋線的第一端ロ是該天線的輸入輸出端ロ，微帶饋線的第二端ロ與基片集成波導(dǎo)喇叭天線相接；基片集成波導(dǎo)喇叭天線由位于介質(zhì)基板一面的第一金屬平面、位于介質(zhì)基板另一面的第二金屬平面和穿過介質(zhì)基板連接第一金屬平面和第二金屬平面的兩排金屬化過孔喇叭側(cè)壁組成；在喇叭天線中間設(shè)有由多個(gè)內(nèi)嵌金屬化過孔構(gòu)成的一列或數(shù)列金屬化過孔線陣；由相鄰兩列金屬化過孔線陣、或者一列金屬化過孔線陣與ー排金屬化過孔喇叭側(cè)壁，第一金屬平面和第二金屬平面構(gòu)成介質(zhì)填充波導(dǎo)，該介質(zhì)填充波導(dǎo)的外端ロ都平齊并靠近喇叭天線的口徑面，但不在天線口徑面上，這樣可以避免口徑面上出現(xiàn)電場(chǎng)的零場(chǎng)區(qū)。微帶饋線的導(dǎo)帶與第一金屬平面(8)相接,微帶饋線(I)的接地面(9)與第二金屬平面相接?；刹▽?dǎo)喇叭天線里有兩個(gè)或兩個(gè)以上的介質(zhì)填充波導(dǎo)，這些介質(zhì)填充波導(dǎo)的傳輸方向朝著天線的口徑面。介質(zhì)填充波導(dǎo)的寬度要保證其主模可以在介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)中傳輸而不被截止。一列或數(shù)列金屬化過孔線陣中，調(diào)整相鄰兩列金屬化過孔線陣之間的距離、或者調(diào)整一列金屬化過孔線陣與基片集成波導(dǎo)喇叭天線(2)側(cè)壁金屬化過孔之間的距離，能夠改變介質(zhì)填充波導(dǎo)的寬度，進(jìn)而調(diào)整在該介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)中電磁波傳播的相速，使得到達(dá)介質(zhì)填充波導(dǎo)端ロ電磁波的相位分布更均勻。一列或數(shù)列金屬化過孔線陣中，改變一列或者多列內(nèi)嵌金屬化過孔線陣的長(zhǎng)度能夠改變相應(yīng)介質(zhì)填充波導(dǎo)的長(zhǎng)度，進(jìn)而使得到達(dá)介質(zhì)填充波導(dǎo)端ロ電磁波的相位分布更均勻。金屬化過孔線陣的形狀可以是直線、折線或其它曲線。金屬化過孔線陣中，金屬化過孔線陣中相鄰的兩個(gè)金屬化過孔的間距小于或等于工作波長(zhǎng)的十分之一，使得構(gòu)成的金屬化過孔線陣(12)能夠等效為電壁。金屬化過孔喇叭側(cè)壁中，相鄰的兩個(gè)金屬化過孔的間距要小于或等于工作波長(zhǎng)的 十分之一，使得構(gòu)成的金屬化過孔喇叭側(cè)壁(11)能夠等效為電壁。在介質(zhì)填充波導(dǎo)中，電磁波主模(TElO模)的傳播相速與介質(zhì)填充波導(dǎo)的寬度有關(guān)，介質(zhì)填充波導(dǎo)的寬度越寬，主模傳播的相速越低；反之，介質(zhì)填充波導(dǎo)的寬度越窄，主模傳播的相速越高。電磁波從微帶饋線的一端輸入，經(jīng)過微帶饋線的另一端進(jìn)入基片集成波導(dǎo)喇叭天線，傳播一段距離后，遇到一列或者數(shù)列金屬化過孔陣列，就分成兩路或者多路，進(jìn)入介質(zhì)填充波導(dǎo)傳播，再通過介質(zhì)填充波導(dǎo)靠近基片集成波導(dǎo)喇叭天線口徑面的端ロ到達(dá)天線的口徑面；在靠近天線口徑面上的不同介質(zhì)填充波導(dǎo)的端ロ的電磁波，是通過不同介質(zhì)填充波導(dǎo)到達(dá)的，而且各路經(jīng)過的路徑長(zhǎng)度有差異，到達(dá)天線口徑面的邊緣的電磁波所經(jīng)過的路程較遠(yuǎn)，但經(jīng)過的介質(zhì)填充波導(dǎo)的寬度較窄，電磁波的相速較快；而到達(dá)天線ロ徑面中心附近的電磁波所經(jīng)過路程較近，但經(jīng)過的介質(zhì)填充波導(dǎo)的寬度較寬，電磁波的相速較慢。這樣到達(dá)靠近天線口徑面各個(gè)端ロ的電磁波的相位就可以保持一致，進(jìn)而在天線口徑面各處的相位也保持一致，就達(dá)到提高天線增益的目的。另外由于口徑面上除喇叭側(cè)壁是零場(chǎng)區(qū)外，口徑面的其它區(qū)域沒有零場(chǎng)區(qū)，這樣口徑面的場(chǎng)強(qiáng)分布也相對(duì)更均勻。同理也可以按照需要在天線的口徑面附近實(shí)現(xiàn)特定的相位分布。有益效果本發(fā)明內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線的有益效果是，矯正了天線口徑面上電磁波的相位不一致、還避免在天線口徑面上出現(xiàn)較多的零場(chǎng)區(qū)，從而提高了天線的口徑效率和増益。


圖1為內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線反面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有微帶饋線1、基片集成波導(dǎo)喇叭天線2、內(nèi)嵌金屬化過孔3、介質(zhì)基板4、第一端ロ 5、第二端ロ 6、導(dǎo)帶7、第一金屬平面8、接地面9、第二金屬平面10、金屬化過孔喇叭側(cè)壁11、金屬化過孔陣列12、介質(zhì)填充波導(dǎo)13、喇叭天線的口徑面14和介質(zhì)填充波導(dǎo)的端n 15。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。本發(fā)明所采用的實(shí)施方案是內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線包括微帶饋線1、基片集成波導(dǎo)喇叭天線2和內(nèi)嵌金屬化過孔3，這三部分都集成在同一塊介質(zhì)基板4上，微帶饋線I的一端5是金屬化過孔相位校準(zhǔn)基片集成波導(dǎo)平面喇叭天線的輸入輸出端ロ，微帶饋線I的另一端6與基片集成波導(dǎo)喇叭天線2相接，微帶饋線I的導(dǎo)帶7與基片集成波導(dǎo)喇叭天線2的第一金屬平面8相接，微帶饋線I的接地面9與基片集成波導(dǎo)喇叭天線2的第二金屬平面10相接；基片集成波導(dǎo)喇叭天線2由第一金屬平面8、第二金屬平面10和兩排金屬化過孔喇叭側(cè)壁11組成，第一金屬平面8和第二金屬平面10分別位于介質(zhì)基板4的兩面,兩排金屬化過孔喇ロ入側(cè)壁11連接第一金屬平面8和第二金屬平面10,并逐漸張開成喇叭形；內(nèi)嵌金屬化過孔3在基片集成波導(dǎo)喇叭天線2中，多個(gè)內(nèi)嵌金屬化過孔3構(gòu)成一列或數(shù)列金屬化過孔線陣12，這些金屬化過孔3也連接第一金屬平面8和第二金屬平面10，相鄰兩列金屬化過孔線陣12、或者一列金屬化過孔線陣12與基片集成波導(dǎo)喇叭的ー個(gè)側(cè)壁11，與上下的第一金屬平面8和第二金屬平面10構(gòu)成寬度恒定或者寬度變化的介質(zhì)填充波導(dǎo)13，這些介質(zhì)填充波導(dǎo)13的一個(gè)端ロ在基片集成波導(dǎo)喇叭天線2內(nèi)離天線口徑面14相對(duì)較遠(yuǎn)的位置，另ー個(gè)端ロ 15伸向基片集成波導(dǎo)喇叭天線的口徑面14，但不到天線口徑面14上，所有介質(zhì)填充波導(dǎo)13靠近天線口徑面14的端ロ 15平齊，這些端ロ15寬度的相等或者不相等。
在介質(zhì)填充波導(dǎo)13中，電磁波主模的傳播相速與介質(zhì)填充波導(dǎo)13的寬度有夫，介質(zhì)填充波導(dǎo)13的寬度越寬，主模傳播的相速越低；反之，介質(zhì)填充波導(dǎo)13的寬度越窄，主模傳播的相速越高。電磁波從微帶饋線I的一端5輸入，經(jīng)過微帶饋線I的另一端6進(jìn)入基片集成波導(dǎo)喇叭天線2，傳播一段距離后，遇到一列或中數(shù)列金屬化過孔線陣12，就分成兩路或者多路，進(jìn)入介質(zhì)填充波導(dǎo)13傳播，再通過介質(zhì)填充波導(dǎo)13靠近基片集成波導(dǎo)喇叭天線口徑面14的端ロ 15到達(dá)天線的口徑面14 ;在靠近天線口徑面14上的不同介質(zhì)填充波導(dǎo)13的端ロ 15的電磁波，是通過不同介質(zhì)填充波導(dǎo)13到達(dá)的，而且各路經(jīng)過的路徑長(zhǎng)度有差異，到達(dá)天線口徑面14的邊緣的電磁波所經(jīng)過的路程較遠(yuǎn)，而到達(dá)天線口徑面14中心附近的電磁波所經(jīng)過路程較近，但到達(dá)天線口徑面14中心附近的電磁波所經(jīng)過介質(zhì)填充波導(dǎo)13的寬度比到達(dá)口徑面14的邊緣的電磁波所經(jīng)過的介質(zhì)填充波導(dǎo)13的寬度要寬，其相速相對(duì)較慢，這樣口徑面14的邊緣的電磁波的平均相速比口徑面14中心附近的電磁波的平均相速要快，這樣到達(dá)靠近天線口徑面14各個(gè)端ロ 15的電磁波的相位就可以保持一致，進(jìn)而在天線口徑面14各處的相位也保持一致，就達(dá)到提高天線增益的目的。另外由于天線口徑面14上除喇叭側(cè)壁是零場(chǎng)區(qū)外，天線口徑面14的其它區(qū)域沒有零場(chǎng)區(qū)，這樣天線口徑面14的場(chǎng)強(qiáng)分布也相對(duì)更均勻。同理也可以按照需要在天線的口徑面14附近實(shí)現(xiàn)特定的相位分布。在エ藝上，內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線既可以采用普通的印刷電路板(PCB)エ藝，也可以采用低溫共燒陶瓷(LTCC)エ藝或者CM0S、Si基片等集成電路エ藝實(shí)現(xiàn)。其中金屬化過孔3、11可以是空心金屬通孔也可以是實(shí)心金屬孔，也可以是連續(xù)的金屬化壁，金屬通孔的形狀可以是圓形，也可以是方形或者其他形狀的。在結(jié)構(gòu)上，依據(jù)同樣的原理，可以再增加金屬化過孔陣列12把天線2分成更多的介質(zhì)填充波導(dǎo)12，并使得通過這些介質(zhì)填充波導(dǎo)12的電磁波同相到達(dá)介質(zhì)填充波導(dǎo)的端ロ 15再到達(dá)天線口徑面14，這樣天線口徑面14上的相位分布更為均勻，而且増加介質(zhì)填充波導(dǎo)12的數(shù)量并不一定要求同時(shí)增加天線口徑面14的寬度，只要保證介質(zhì)填充波導(dǎo)12能夠傳輸主模就可以。由于越靠近天線的金屬化過孔側(cè)壁11，電磁波到達(dá)天線口徑面14的 路程越遠(yuǎn)，因此相對(duì)于離金屬化過孔側(cè)壁11較遠(yuǎn)的介質(zhì)填充波導(dǎo)12，離金屬化過孔側(cè)壁11較近的介質(zhì)填充波導(dǎo)12的寬度相對(duì)較窄以得到較高的電磁波傳輸相速。金屬化過孔陣列12排列成的線形可以是直線、折線、指數(shù)線和其它曲線等。根據(jù)以上所述，便可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線，其特征在于該天線包括設(shè)置在介質(zhì)基板(4)上的微帶饋線(I)、基片集成波導(dǎo)喇叭天線(2)和內(nèi)嵌金屬化過孔(3);所述微帶饋線(I)的第一端口( 5 )是該天線的輸入輸出端口，微帶饋線(I)的第二端口( 6 )與基片集成波導(dǎo)喇叭天線(2)相接；基片集成波導(dǎo)喇叭天線(2)由位于介質(zhì)基板(4)一面的第一金屬平面(8)、位于介質(zhì)基板(4)另一面的第二金屬平面(10)和穿過介質(zhì)基板(4)連接第一金屬平面(8)和第二金屬平面(10)的兩排金屬化過孔喇叭側(cè)壁(11)組成；在喇叭天線(2) 中間設(shè)有由多個(gè)內(nèi)嵌金屬化過孔(3)構(gòu)成的一列或數(shù)列金屬化過孔線陣(12);由相鄰兩列金屬化過孔線陣(12)、或者一列金屬化過孔線陣(12)與一排金屬化過孔喇叭側(cè)壁(11 )，第一金屬平面(8)和第二金屬平面(10)構(gòu)成介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)，該介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)的外端口( 15 )都平齊并靠近喇叭天線的口徑面(14)、但不到口徑面(14)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線，其特征在于微帶饋線(I)的導(dǎo)帶(7)與第一金屬平面(8)相接，微帶饋線(I)的接地面(9)與第二金屬平面(10)相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線，其特征在于所述的基片集成波導(dǎo)喇叭天線(2)里有兩個(gè)或兩個(gè)以上的介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)，這些介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)的傳輸方向朝著天線的口徑面(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線，其特征在于所述的介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)的寬度要保證其主?？梢栽诮橘|(zhì)填充波導(dǎo)(13)中傳輸而不被截止。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線，其特征在于所述的一列或數(shù)列金屬化過孔線陣(12)中，調(diào)整相鄰兩列金屬化過孔線陣(12)之間的距離、或者調(diào)整一列金屬化過孔線陣(12)與基片集成波導(dǎo)喇叭天線(2)側(cè)壁金屬化過孔(11)之間的距離，能夠改變介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)的寬度，進(jìn)而調(diào)整在該介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)中電磁波傳播的相速，使得到達(dá)介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)端口( 15)電磁波的相位分布更均勻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線，其特征在于所述的一列或數(shù)列金屬化過孔線陣(12)中，改變一列或者多列內(nèi)嵌 金屬化過孔線陣(12)的長(zhǎng)度能夠改變相應(yīng)介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)的長(zhǎng)度，進(jìn)而使得到達(dá)介質(zhì)填充波導(dǎo)(13) 端口(15)電磁波的相位分布更均勻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線，其特征在于所述的金屬化過孔線陣(12)的形狀可以是直線、折線或其它曲線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線，其特征在于金屬化過孔線陣(12)中，金屬化過孔線陣(12)中相鄰的兩個(gè)金屬化過孔(3)的間距小于或等于工作波長(zhǎng)的十分之一，使得構(gòu)成的金屬化過孔線陣(12)能夠等效為電壁。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線，其特征在于所述的金屬化過孔喇叭側(cè)壁(11)中，相鄰的兩個(gè)金屬化過孔的間距要小于或等于工作波長(zhǎng)的十分之一，使得構(gòu)成的金屬化過孔喇叭側(cè)壁(11)能夠等效為電壁。
全文摘要
內(nèi)嵌金屬化過孔相位校準(zhǔn)的基片集成波導(dǎo)天線涉及一種平面喇叭天線。該天線包括集成在一塊介質(zhì)基板(4)上的微帶饋線(1)、喇叭天線(2)和內(nèi)嵌金屬化過孔(3)，喇叭天線(2)由第一金屬平面(8)、第二金屬平面(10)和兩排金屬化過孔喇叭側(cè)壁(11)組成，金屬化過孔(3)在喇叭天線(2)中，多個(gè)金屬化過孔(3)構(gòu)成一列或數(shù)列過孔線陣(12)，相鄰兩列線陣(12)、或者一列線陣(12)與一排喇叭側(cè)壁(11)，與第一金屬平面(8)、第二金屬平面(10)構(gòu)成介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)，介質(zhì)填充波導(dǎo)(13)的一端在喇叭天線(2)內(nèi)，另一端位置靠近天線的口徑面(14)。該天線可以提高天線的增益。
文檔編號(hào)H01Q13/02GK103022708SQ201210562718
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者趙洪新, 殷曉星, 王磊 申請(qǐng)人:東南大學(xué)