本發(fā)明屬于天線技術領域，尤其涉及一種低副瓣脊基片集成波導縫隙陣列天線。

背景技術：

目前，基片集成波導(SIW)是由上下金屬面和兩排金屬化通孔形成的一個類似矩形波導的結構。它具有體積小、重量輕、成本低、易與其他平面電路集成的優(yōu)點，又可以克服微帶、共面波導等傳統(tǒng)平面?zhèn)鬏斁€在電磁波高頻段存在的傳輸損耗問題，成為近年來的一個熱點研究方向。SIW寬壁縱向縫隙陣列天線由于具有高增益、高效率、低交叉極化以及可精確波束賦形等優(yōu)點，廣泛應用于雷達通信系統(tǒng)中。但是，由于SIW單模傳輸?shù)膸捴挥幸粋€倍頻，它的尺寸和其他形式的平面?zhèn)鬏斁€(如微帶線、共面波導)相比較大。為了減小SIW的尺寸，一些小型化的技術被提出。它們分別是加脊SIW，折疊SIW，C型折疊SIW，T型折疊SIW和半模SIW等，將SIW的寬邊尺寸縮減到原來的一半左右。SIW寬壁縱向縫隙陣列天線是在SIW的寬邊上每隔λ_g/2的距離開縱向縫隙的天線。它的縫隙間距相等，末端短路，為諧振式天線，所以它的相對帶寬較窄，為4％左右，很難達到雷達與通信系統(tǒng)的要求。為了克服這一缺陷，有很多方法被提出。比如利用微帶和SIW的金屬化通孔過渡結構實現(xiàn)中心饋電SIW寬壁縱向縫隙陣列縫隙天線，可以使該天線的相對帶寬達到7.9％。利用電磁互補偶極子方法，將SIW縫隙等效為磁偶極子，貼片形偶極子作為等效磁偶極子，從而將SIW縫隙天線的相對帶寬展寬至19％左右。脊基片集成波導(RSIW)是由脊波導衍生而來的一種新型傳輸結構。它在SIW上加了兩排金屬通孔，通孔下面接金屬帶，形成脊。由于脊的存在，RSIW的TE₁₀模的截止頻率降低而TE₂₀模的截止頻率沒有太大變化。與SIW相比，RSIW不僅能夠增加工作帶寬，同時也能減小尺寸。而RSIW寬壁縱向縫隙陣列天線相比較SIW寬壁縱向縫隙陣列天線而言，相對帶寬能夠增加到7.8％。

綜上所述，現(xiàn)有基片集成波導縫隙陣列天線存在帶寬窄，脊基片集成波導縫隙陣副瓣電平高的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種低副瓣脊基片集成波導縫隙陣列天線，旨在解決現(xiàn)有基片集成波導縫隙陣列天線帶寬窄，脊基片集成波導縫隙陣副瓣電平高的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種應用于雷達與通信系統(tǒng)中的低副瓣脊基片集成波導縫隙陣列天線，所述低副瓣脊基片集成波導縫隙陣列天線設置有：由第一介質板、第二介質板、脊金屬帶、金屬通孔、脊金屬通孔、短路端、縫隙構成的輻射體；由微帶線和微帶線巴倫構成的天線饋電網(wǎng)絡；金屬通孔、脊金屬帶、縫隙、微帶線巴倫位于第一介質板；金屬通孔、脊金屬通孔位于第二介質板。所述低副瓣脊基片集成波導縫隙陣列天線：

上下兩層介質板疊加；

上下兩層介質兩邊均設置有兩排金屬通孔；

上層介質中間設置有兩排脊金屬通孔；

脊結構下方設置有一條脊金屬帶；

下層介質底面設置有八個偏置不同的不等長度的縫隙。

設置在下層介質板上的微帶線巴倫；

進一步，第一個縫隙距離饋電端口的距離為L₁(11.56mm)，第八個縫隙距離短路端的距離為L₂(5.78mm)；縫隙的偏置依次為x₁(0.35mm)、x₂(0.68mm)、x₃(1.65mm)、x₄(2.1mm)、x₄(2.1mm)、x₃(1.65mm)、x₂(0.68mm)、x₁(0.35mm)；縫隙的長度依次為l₁(9.87mm)、l₂(10.07mm)、l₃(11.06mm)、l₄(11.6mm)、l₄(11.6mm)、l₃(11.06mm)、l₂(10.07mm)、l₁(9.87mm)；縫隙寬度為w(0.4mm)。

進一步，微帶線的長度為L_m(15mm)，寬度為W_m(3.39mm)；微帶線巴倫的一段的寬度為W_m(3.39mm)，另一端的寬度為W_b(4.5mm)，長度為L_b(6.5mm)。

進一步，金屬通孔和金屬銅帶構成了脊。

進一步，介質板有兩層，第一介質板的厚度為h₁(2.032mm)，第二介質板的厚度為h₂(1.524)mm。

進一步，金屬通孔的半徑為0.2mm，孔間距為0.8mm。

進一步，脊金屬通孔的半徑和間距依次為0.2mm、0.8mm脊金屬帶寬度為4.5mm。

本發(fā)明提供的低副瓣脊基片集成波導縫隙陣列天線，采用RSIW結構，通過調整縫隙的偏置和長度可以控制縫隙的電流幅度分布，從而達到低副瓣的指標。具有寬頻帶、小型化、輕量化的特點，且易與平面電路集成并進行大規(guī)模批量生產(chǎn)。與SIW相比，RSIW體積能夠減小80％左右，重量能夠減小40％左右。采用RSIW縫隙天線，與SIW縫隙天線相比，帶寬能提升2倍，約7.8％左右。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的低副瓣脊基片集成波導縫隙陣列天線結構示意圖；

圖中：1、微帶線；2、微帶線巴倫；3、第一介質板；4、第二介質板；5、脊金屬帶；6、金屬通孔；7、脊金屬通孔；8、短路端；9、縫隙。

圖2是本發(fā)明實施例提供的低副瓣脊基片集成波導縫隙陣列天線結構示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的低副瓣脊基片集成波導縫隙陣列天線底面示意圖及標注。

圖4是本發(fā)明實施例提供的微帶巴倫的俯視圖及標注。

圖5是本發(fā)明實施例提供的低副瓣脊基片集成波導縫隙陣列天線側視圖及標注。

圖6是本發(fā)明實施例提供的脊基片集成波導的反射系數(shù)和傳輸系數(shù)曲線示意圖。

圖7是本發(fā)明實施例提供的微帶巴倫的反射系數(shù)和傳輸曲線示意圖。

圖8是本發(fā)明實施例提供的天線縫隙的偏置——諧振長度曲線示意圖。

圖9是本發(fā)明實施例提供的天線的偏置——歸一化電導曲線示意圖。

圖10是本發(fā)明實施例提供的天線的電壓駐波比和增益曲線示意圖。

圖11是本發(fā)明實施例提供的天線在8.92GHz、9.3GHz、9.63GHz的H面方向圖示意圖；

圖中：a、8.92GHz；b、9.3GHz；c、9.63GHz。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結合附圖對本發(fā)明的結構作詳細的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的低副瓣脊基片集成波導縫隙陣列天線包括：微帶線1、微帶線巴倫2、第一介質板3、第二介質板4、脊金屬帶5、金屬通孔6、脊金屬通孔7、短路端8、縫隙9。

兩排金屬通孔6和金屬銅帶構成了RSIW的脊，RSIW的上下表面為金屬銅，印刷在型號為AD255介質板上。介質板一共有兩層，第一介質板3厚度為h₁(2.032mm)，第二介質板4厚度為h₂(1.524mm)?？p隙9依次設置在RSIW的底面上。

微帶線1、梯形漸變的微帶線巴倫2和地板的金屬材質為銅，它們印刷在介質板上，構成了RSIW的饋電網(wǎng)絡。

輻射體為RSIW的縫隙陣，饋電體為微帶線1和梯形漸變的微帶線巴倫2。

RSIW的寬度為15mm。它是由兩層介質板疊加在一起的，第一介質板3的厚度為h₁(2.032mm)，第二介質板4的厚度為h₂(1.524mm)。RSIW兩邊有兩排金屬通孔6作為它的側壁，通孔的半徑為0.2mm，孔間距為0.8mm。RSIW的中間有兩排通孔作為波導的脊金屬通孔7，通孔的半徑和間距依次為0.2mm、0.8mm。脊的下方有一條脊金屬帶5，寬度為4.5mm，長度與RSIW的長度保持一致。

在RSIW的底面一共有八個縫隙9。第一個縫隙距離RSIW饋電端口的距離為L₁(11.56mm)，第八個縫隙距離RSIW短路端8的距離為L₂((5.78mm)，縫隙9的間距為L₁(11.56mm)?？p隙9的偏置依次為x₁(0.35mm)、x₂(0.68mm)、x₃(1.65mm)、x₄(2.1mm)、x₄(2.1mm)、x₃(1.65mm)、x₂(0.68mm)、x₁(0.35mm)?？p隙9的長度依次為l₁(9.87mm)、l₂(10.07mm)、l₃(11.06mm)、l₄(11.6mm)、l₄(11.6mm)、l₃(11.06mm)、l₂(10.07mm)、l₁(9.87mm)?？p隙9寬度為w(0.4mm)。

RSIW縫隙天線的饋電巴倫為梯形漸變的微帶線巴倫2，其中微帶線1的長度為L_m(15mm)，寬度為W_m(3.39mm)，巴倫的一段的寬度為W_m(3.39mm)，另一端的寬度為W_b(4.5mm)，長度為L_b(6.5mm)。

下面結合仿真對本發(fā)明的應用效果作詳細的描述。

1、仿真內容

利用仿真軟件對上述實例天線的電壓駐波比、增益、方向圖進行了仿真。

2、仿真結果

圖6是實例天線中的脊基片集成波導的反射系數(shù)和傳輸系數(shù)參數(shù)曲線。從圖中可以看出，在5.91GHz～13.8GHz的頻帶內，反射系數(shù)小于-15dB，傳輸系數(shù)大于-1.4dB。

圖7是實例天線中的微帶巴倫的反射系數(shù)和傳輸系數(shù)參數(shù)曲線。從圖中可以看出，在4GHz～14GHz的頻帶內，巴倫的傳輸性能良好。

圖8是實例天線中縫隙的偏置——諧振長度曲線，顯示了縫隙在不同偏置的情況下對應的諧振長度。

圖9是實例天線中縫隙的偏置——歸一化電導曲線，顯示了縫隙在不同偏置的情況下對應的歸一化諧振電導值。

圖10是對實例天線仿真得到的電壓駐波比和增益隨頻率變化的曲線，從圖中可以看出，在8.92～9.63GHz內，電壓駐波比小于2，增益在10.3dB左右。

圖11是對實例天線仿真得到的H面主極化和交叉極化方向圖，包括8.92GHz、9.3GHz和9.63GHz三個頻點。從圖中可以看出在8.92GHz、9.3GHz和9.63GHz三個頻點上副瓣電平均小于-25dB，滿足低副瓣的指標。交叉極化電平低于-25dB。

本發(fā)明實施例提供的低副瓣脊基片集成波導縫隙陣列天線，SIW結合了傳統(tǒng)金屬波導和微帶線等平面?zhèn)鬏斁€的優(yōu)點，利用低成本的PCB工藝即可在介質基片上實現(xiàn)類似于金屬波導的結構。在介質基片上，形成兩排緊湊的金屬化通孔，通孔的直徑為d，通孔間距為p。當通孔間距p足夠小的時候，電磁波從通孔間泄漏的能量非常小，可以忽略不計。兩排通孔可以視為波導的側壁，介質基片上下表面覆蓋的金屬層可以視為波導的寬壁，這樣就形成了類似于介質填充波導的SIW。在常規(guī)波導中加入縱向金屬脊可以提高波導的工作帶寬，而不會影響其傳輸特性。為了提高SIW的單模傳輸工作帶寬，提出了RSIW。RSIW是在SIW的中間加入兩排與兩側壁類似的周期性排列的懸空金屬柱，金屬柱下面連接著金屬帶，與介質板下底面間存在一定間隙的gap，形成脊電容，從而降低TE₁₀模的截止頻率，但并不影響其傳輸特性，從而TE₁₀模的工作帶寬可以展寬。通過優(yōu)化脊半徑、脊高度以及金屬帶的寬度可以得到帶寬較寬的RSIW。RSIW寬壁縱向縫隙陣列天線一端為饋電端，另一端為短路。對RSIW的底面進行開縫，其中縫隙的間距為λ_g/2(λ_g為波導波長)，第一個縫隙距饋電端λ_g/2，最后一個縫隙距短路端λ_g/4。增加縫隙的寬度可以提升阻抗帶寬和縫隙天線的功率容量，但是也會惡化輻射方向圖的對稱性和極化。通過仿真優(yōu)化，本發(fā)明天線縫隙的寬度為w(0.4mm)。該天線的縫隙可以等效為并聯(lián)導納，不同偏置和長度的縫隙對應的導納值不同。由于縫隙間的互耦較為激烈，所以要提取出考慮互耦情況下縫隙的有源導納值。最后根據(jù)副瓣電平的指標確定電流分布，再根據(jù)電流分布確定縫隙的導納分布，從而求出其偏置和長度。RSIW的饋電巴倫為梯形漸變的微帶線饋電巴倫。巴倫的一端的寬度為50歐微帶線對應的寬度，另一端的寬度為脊金屬帶的寬度，通過優(yōu)化巴倫的長度可以使RSIW在工作頻帶內有較好的傳輸特性并且RSIW縫隙天線的輻射特性不會有太大改變。

綜合采用上述技術措施，可以是RSIW縫隙天線的帶寬提升至7.8％，同時使其尺寸減小，實現(xiàn)低副瓣特性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。