薄基片槽線差波束平面喇叭天線的制作方法
【專利摘要】薄基片槽線差波束平面喇叭天線涉及一種喇叭天線。該天線包括在介質(zhì)基板（1）上的微帶饋線（2）、喇叭天線（3）和槽線喇叭（4），喇叭天線（3）由第一金屬平面（7）、第二金屬平面（8）和兩排金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁（9）組成，喇叭天線（3）中有奇數(shù)個(gè)金屬化過(guò)孔陣列（11）和偶數(shù)個(gè)介質(zhì)填充波導(dǎo)（17），在喇叭天線（3）口徑面（10）上每個(gè)介質(zhì)填充波導(dǎo)（17）都接有一個(gè)槽線喇叭（4），左半天線（15）及所接槽線喇叭（4）與右半天線（16）及所接槽線喇叭（4）對(duì)稱。天線輻射場(chǎng)極化方向與基板平行，該天線可使用薄基板制造且增益高、大零深、成本低和結(jié)構(gòu)緊湊。
【專利說(shuō)明】薄基片槽線差波束平面喇叭天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種喇叭天線，尤其是一種薄基片槽線差波束平面喇叭天線。
【背景技術(shù)】
[0002]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，三維喇叭天線的巨大幾何尺寸制約了其在平面電路中的應(yīng)用和發(fā)展。近年來(lái)，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、易于集成和加工制作等優(yōu)點(diǎn)?；诨刹▽?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。傳統(tǒng)的基片集成波導(dǎo)平面喇叭天線的有一個(gè)限制，天線喇叭口基板的厚度要大于十分之一工作波長(zhǎng)，天線才能有較好的輻射性能，不然由于反射，天線里的能量輻射不出去。這樣就要求天線基板的厚度不能太薄，在L波段等較低頻段要滿足這個(gè)要求更是十分困難，很厚的基板不僅體積和重量很大，抵消了集成的優(yōu)點(diǎn)，而且還增加了成本。另外這些天線輻射場(chǎng)的極化方向一般都是垂直于介質(zhì)基板，而有些應(yīng)用需要輻射場(chǎng)的極化平行于介質(zhì)基板。已有的一些天線在平面喇叭天線前面加載貼片改善薄基片平面喇叭天線的輻射，但加載的貼片尺寸較大，而且工作頻帶較窄。通常為了實(shí)現(xiàn)差波束，需要采用特別的饋電裝置，這些饋電裝置或者在平面電路中不易實(shí)現(xiàn)，或者是窄帶的移相電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是提出一種薄基片槽線差波束平面喇叭天線，該天線輻射場(chǎng)的極化方向與介質(zhì)基板平行，可以使用非常薄的介質(zhì)基板制造，在基板的電厚度很薄的情況下，依然具有優(yōu)良的輻射性能，增加天線差波束的零深及提高天線差波束的斜率。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的薄基片槽線差波束平面喇叭天線，其特征在于該天線包括設(shè)置在介質(zhì)基板上的微帶饋線、基片集成喇叭天線和多個(gè)槽線喇叭；所述微帶饋線的第一端口是該天線的輸入輸出端口，微帶饋線的第二端口與基片集成喇叭天線相接；基片集成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(guò)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(guò)孔喇叭側(cè)壁組成，基片集成喇叭天線的兩排金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁之間的寬度逐漸變大，形成一個(gè)喇叭形張口，張口的末端是基片集成喇叭天線的口徑面；基片集成喇叭天線中有奇數(shù)個(gè)金屬化過(guò)孔陣列連接第一金屬平面和第二金屬平面，各個(gè)金屬化過(guò)孔陣列的長(zhǎng)度一樣，金屬化過(guò)孔陣列的頭端在基片集成喇叭天線內(nèi)部，金屬化過(guò)孔陣列的尾端在基片集成喇叭天線的口徑面上；在金屬化過(guò)孔陣列中有一個(gè)中間金屬化過(guò)孔陣列把基片集成喇叭天線分成對(duì)稱的左半天線和右半天線兩部分；相鄰的兩個(gè)金屬化過(guò)孔陣列、或者是一個(gè)金屬化過(guò)孔陣列與其相鄰的一排金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁，與第一金屬平面和第二金屬平面構(gòu)成介質(zhì)填充波導(dǎo)，在口徑面外每個(gè)介質(zhì)填充波導(dǎo)接有一個(gè)槽線喇叭。
[0005]微帶饋線的導(dǎo)帶與第一金屬平面相接，微帶饋線的接地面與第二金屬平面相接。[0006]介質(zhì)填充波導(dǎo)的寬度要使得電磁波可以在其中傳播而不被截止，介質(zhì)填充波導(dǎo)的長(zhǎng)度有半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)以上。
[0007]每個(gè)槽線喇叭在位于介質(zhì)基板的兩面分別有第一輻射貼片和第二輻射貼片，槽線喇叭的第一輻射貼片與基片集成喇叭天線的第一金屬平面相連，槽線喇叭的第二輻射貼片與基片集成喇叭天線的第二金屬平面相連，第一輻射貼片的斜邊和第二輻射貼片的斜邊逐漸張開(kāi)形成喇叭形的開(kāi)口。
[0008]左半天線所接的所有槽線喇叭的第一輻射貼片的斜邊指向都相同，左半天線所接的所有槽線喇叭的第二輻射貼片的斜邊指向都相同；右半天線所接的所有槽線喇叭的第一輻射貼片的斜邊指向都相同，右半天線所接的所有槽線喇叭的第二輻射貼片的斜邊指向都相同；左半天線所接的槽線喇叭的第一輻射貼片的斜邊指向與右半天線所接的槽線喇叭的第二輻射貼片的斜邊指向相同，左半天線所接的槽線喇叭的第二輻射貼片的斜邊指向與右半天線所接的槽線喇叭的第一輻射貼片的斜邊指向相同。
[0009]金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁和金屬化過(guò)孔陣列中，相鄰的兩個(gè)金屬化過(guò)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(guò)孔喇叭側(cè)壁和金屬化過(guò)孔陣列能夠等效為電壁。
[0010]電磁波從微帶饋線的一端輸入，經(jīng)過(guò)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，遇到金屬化過(guò)孔陣列，就分別進(jìn)入各個(gè)介質(zhì)填充波導(dǎo)傳輸，進(jìn)入各個(gè)介質(zhì)波導(dǎo)的電磁波通過(guò)天線口徑面進(jìn)入槽線喇叭輻射，輻射場(chǎng)的極化方向也變成與基板接近平行的水平方向，由于左半天線槽線喇叭的輻射貼片與右半天線槽線喇叭的輻射貼片是對(duì)稱的，因此左半天線槽線喇叭輻射場(chǎng)的極化方向與右半天線槽線喇叭輻射場(chǎng)的極化方向相反，這樣就在平行介質(zhì)基板的方向形成了差波束。
[0011]由于有多個(gè)金屬化過(guò)孔陣列把天線的口徑面分成很多個(gè)小的口徑面，每個(gè)小口徑面上接的槽線喇叭的尺寸可以做的很小，這樣天線的結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸也只增加很少。
[0012]天線從饋電微帶線到槽線喇叭之間，都是封閉的基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，因此饋電損耗較小。
有益效果:本發(fā)明薄基片槽線差波束平面喇叭天線的有益效果是，該天線輻射場(chǎng)的極化方向與介質(zhì)基板平行；該天線可以使用低于百分之二的波長(zhǎng)的厚度的介質(zhì)基板制造，遠(yuǎn)低于通常平面喇叭天線所要求的十分之一波長(zhǎng)的基板厚度，在基板的電厚度很薄的情況下，依然具有優(yōu)良的輻射性能，例如在6GHZ頻率，采用環(huán)氧樹(shù)脂材料基板的厚度可以2.5mm減小到0.5_，從而大大減小尺寸、重量和成本；天線可增加差波束的零深及提高天線差波束的斜率，天線的結(jié)構(gòu)緊湊、饋電損耗小。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]圖1為本發(fā)明薄基片槽線差波束平面喇叭天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中有:介質(zhì)基板1、微帶饋線2、基片集成喇機(jī)天線3、槽線喇機(jī)陣列4 ;微帶饋線2的第一端口 5、微帶饋線2的第二端口 6、介質(zhì)基板I的第一金屬平面7、介質(zhì)基板I的第二金屬平面8、金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁9、天線3的口徑面10、金屬化過(guò)孔陣列11、金屬化過(guò)孔陣列11的頭端12、金屬化過(guò)孔陣列11的尾端13、中間金屬化過(guò)孔陣列14、左半天線15、右半天線16、介質(zhì)填充波導(dǎo)17、微帶饋線2的導(dǎo)帶18、微帶饋線2的接地面19、槽線喇叭4的第一輻射貼片20、槽線喇叭4的第二輻射貼片21、第一輻射貼片20的斜邊22和第二輻射貼片21的斜邊23。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明所采用的實(shí)施方案是:薄基片槽線差波束平面喇叭天線包括設(shè)置在介質(zhì)基板I上的微帶饋線2、基片集成喇ΡΛ天線3和多個(gè)槽線喇ΠΛ 4 ;所述微帶饋線2的第一端口5是該天線的輸入輸出端口，微帶饋線2的第二端口 6與基片集成喇叭天線3相接；基片集成喇叭天線3由位于介質(zhì)基板I 一面的第一金屬平面7、位于介質(zhì)基板I另一面的第二金屬平面8和穿過(guò)介質(zhì)基板I連接第一金屬平面7和第二金屬平面8的兩排金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁9組成，基片集成喇叭天線3的兩排金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁9之間的寬度逐漸變大，形成一個(gè)喇叭形張口，張口的末端是基片集成喇叭天線3的口徑面10 ;基片集成喇叭天線3中有奇數(shù)個(gè)金屬化過(guò)孔陣列11連接第一金屬平面7和第二金屬平面8，各個(gè)金屬化過(guò)孔陣列11的長(zhǎng)度一樣，金屬化過(guò)孔陣列11的頭端12在基片集成喇叭天線3內(nèi)部，金屬化過(guò)孔陣列11的尾端13在基片集成喇叭天線3的口徑面10上；在金屬化過(guò)孔陣列11中有一個(gè)中間金屬化過(guò)孔陣列14把基片集成喇叭天線3分成對(duì)稱的左半天線15和右半天線16兩部分；相鄰的兩個(gè)金屬化過(guò)孔陣列11、或者是一個(gè)金屬化過(guò)孔陣列11與其相鄰的一排金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁9，與第一金屬平面7和第二金屬平面8構(gòu)成介質(zhì)填充波導(dǎo)17，在口徑面10外每個(gè)介質(zhì)填充波導(dǎo)17接有一個(gè)槽線喇叭4。
[0017]微帶饋線2的導(dǎo)帶18與第一金屬平面7相接，微帶饋線2的接地面19與第二金屬平面8相接。
[0018]介質(zhì)填充波導(dǎo)17的寬度要使得電磁波可以在其中傳播而不被截止，介質(zhì)填充波導(dǎo)17的長(zhǎng)度有半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)以上。
[0019]每個(gè)槽線喇叭4在位于介質(zhì)基板I的兩面分別有第一輻射貼片20和第二輻射貼片21，槽線喇叭4的第一輻射貼片20與基片集成喇叭天線3的第一金屬平面7相連，槽線喇叭4的第二輻射貼片21與基片集成喇叭天線3的第二金屬平面8相連，第一輻射貼片20的斜邊22和第二輻射貼片21的斜邊23逐漸張開(kāi)形成喇叭形的開(kāi)口。
[0020]左半天線15所接的所有槽線喇叭4的第一輻射貼片20的斜邊22指向都相同，左半天線15所接的所有槽線喇叭4的第二輻射貼片21的斜邊23指向都相同；右半天線16所接的所有槽線喇叭4的第一輻射貼片20的斜邊22指向都相同，右半天線16所接的所有槽線喇叭4的第二輻射貼片21的斜邊23指向都相同；左半天線15所接的槽線喇叭4的第一輻射貼片20的斜邊22指向與右半天線16所接的槽線喇叭4的第二輻射貼片21的斜邊23指向相同，左半天線15所接的槽線喇叭4的第二輻射貼片21的斜邊23指向與右半天線16所接的槽線喇叭4的第一輻射貼片20的斜邊22指向相同。
[0021]金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁9和金屬化過(guò)孔陣列11中，相鄰的兩個(gè)金屬化過(guò)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(guò)孔喇叭側(cè)壁9和金屬化過(guò)孔陣列11能夠等效為電壁。
在設(shè)計(jì)時(shí)，金屬化過(guò)孔陣列11的長(zhǎng)度一般要使得介質(zhì)填充波導(dǎo)17的長(zhǎng)度有半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)以上才能使天線有較大的增益。[0022]在工藝上，薄基片相位幅度校正槽線差波束平面喇叭天線既可以采用普通的印刷電路板(PCB)工藝，也可以采用低溫共燒陶瓷(LTCC)工藝或者CM0S、Si基片等集成電路工藝實(shí)現(xiàn)。其中金屬化過(guò)孔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。
[0023]在結(jié)構(gòu)上，依據(jù)同樣的原理，可以增加或者減少金屬化過(guò)孔陣列11的數(shù)量，進(jìn)而改變槽線喇叭4的數(shù)量和尺寸，只要保證介質(zhì)填充波導(dǎo)17能夠傳輸主模以及槽線喇叭4的張口尺寸可以達(dá)到工作波長(zhǎng)的一半左右。
[0024]根據(jù)以上所述，便可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.薄基片槽線差波束平面喇叭天線，其特征在于該天線包括設(shè)置在介質(zhì)基板(I)上的微帶饋線(2)、基片集成喇ΡΛ天線(3)和多個(gè)槽線喇ΠΛ (4);所述微帶饋線(2)的第一端口(5)是該天線的輸入輸出端口，微帶饋線(2)的第二端口(6)與基片集成喇叭天線(3)相接；基片集成喇叭天線(3)由位于介質(zhì)基板(I) 一面的第一金屬平面(7)、位于介質(zhì)基板(I)另一面的第二金屬平面(8)和穿過(guò)介質(zhì)基板(I)連接第一金屬平面(7)和第二金屬平面(8)的兩排金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁(9)組成，基片集成喇叭天線(3)的兩排金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁(9)之間的寬度逐漸變大，形成一個(gè)喇叭形張口，張口的末端是基片集成喇叭天線(3)的口徑面(10 );基片集成喇叭天線(3 )中有奇數(shù)個(gè)金屬化過(guò)孔陣列(11)連接第一金屬平面(7 )和第二金屬平面(8)，各個(gè)金屬化過(guò)孔陣列(11)的長(zhǎng)度一樣，金屬化過(guò)孔陣列(11)的頭端(12)在基片集成喇叭天線(3)內(nèi)部，金屬化過(guò)孔陣列(11)的尾端(13)在基片集成喇叭天線(3)的口徑面(10)上；在金屬化過(guò)孔陣列(11)中有一個(gè)中間金屬化過(guò)孔陣列(14)把基片集成喇叭天線(3)分成對(duì)稱的左半天線(15)和右半天線(16)兩部分；相鄰的兩個(gè)金屬化過(guò)孔陣列(11)、或者是一個(gè)金屬化過(guò)孔陣列(11)與其相鄰的一排金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁(9)，與第一金屬平面(7)和第二金屬平面(8)構(gòu)成介質(zhì)填充波導(dǎo)(17)，在口徑面(10)外每個(gè)介質(zhì)填充波導(dǎo)(17)接有一個(gè)槽線喇叭(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄基片槽線差波束平面喇叭天線，其特征在于微帶饋線(2)的導(dǎo)帶(18)與第一金屬平面(7)相接，微帶饋線(2)的接地面(19)與第二金屬平面(8)相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄基片槽線差波束平面喇叭天線，其特征在于介質(zhì)填充波導(dǎo)(17)的寬度要使得電磁波可以在其中傳播而不被截止，介質(zhì)填充波導(dǎo)(17)的長(zhǎng)度有半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄基片槽線差波束平面喇叭天線，其特征在于每個(gè)槽線喇口八(4)在位于介質(zhì)基板(I)的兩面分別有第一輻射貼片(20)和第二輻射貼片(21 )，槽線喇口八(4)的第一輻射貼片(20)與基片集成喇叭天線(3)的第一金屬平面(7)相連，槽線喇叭(4)的第二輻射貼片(21)與基片集成喇叭天線(3)的第二金屬平面(8)相連，第一輻射貼片(20)的斜邊(22)和第二輻射貼片(21)的斜邊(23)逐漸張開(kāi)形成喇叭形的開(kāi)口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的薄基片相位幅度校正槽線差波束平面喇叭天線，其特征在于左半天線(15)所接的所有槽線喇叭(4)的第一輻射貼片(20)的斜邊(22)指向都相同，左半天線(15)所接的所有槽線喇叭(4)的第二輻射貼片(21)的斜邊(23)指向都相同；右半天線(16)所接的所有槽線喇叭(4)的第一輻射貼片(20)的斜邊(22)指向都相同，右半天線(16)所接的所有槽線喇叭(4)的第二輻射貼片(21)的斜邊(23)指向都相同；左半天線(15)所接的槽線喇叭(4)的第一輻射貼片(20)的斜邊(22)指向與右半天線(16)所接的槽線喇叭(4)的第二輻射貼片(21)的斜邊(23)指向相同，左半天線(15)所接的槽線喇口八(4)的第二輻射貼片(21)的斜邊(23)指向與右半天線(16)所接的槽線喇叭(4)的第一輻射貼片(20 )的斜邊(22 )指向相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄基片槽線差波束平面喇叭天線，其特征在于所述的金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁(9)和金屬化過(guò)孔陣列(11)中，相鄰的兩個(gè)金屬化過(guò)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(guò)孔喇叭側(cè)壁(9)和金屬化過(guò)孔陣列(11)能夠等效為電壁。
【文檔編號(hào)】H01Q13/02GK103594808SQ201310616953
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】殷曉星, 趙洪新, 王想 申請(qǐng)人:東南大學(xué)