薄基片相位幅度校正準八木平面喇叭天線制造技術

薄基片相位幅度校正準八木平面喇叭天線涉及一種喇叭天線。該天線包括在介質基板（1）上的微帶饋線（2）、喇叭天線（3）和多個準八木天線（4），喇叭天線（3）由第一金屬平面（7）、第二金屬平面（8）和兩排金屬化過孔喇叭側壁（9）組成，喇叭天線（3）中有金屬化過孔陣列（11）和介質填充波導（12），在喇叭天線（3）的口徑面（10）上，每個介質填充波導（12）的寬度相等，且接有一個由有源振子（18）和無源振子（19）組成的準八木天線（4）。電磁波可等幅同相到達準八木天線（4）再輻射，輻射場的極化與基板平行。該天線可使用薄基板制造且增益高、成本低和結構緊湊。?

【技術實現步驟摘要】
薄基片相位幅度校正準八木平面喇叭天線
本專利技術涉及一種喇叭天線，尤其是一種薄基片相位幅度校正準八木平面喇叭天線。
技術介紹
喇叭天線在衛星通信、地面微波鏈路及射電望遠鏡等系統中有著廣泛的應用。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用和發展。近年來，基片集成波導技術的提出和發展很好的促進了平面喇叭天線的發展。基片集成波導有尺寸小、重量輕、易于集成和加工制作等優點。基于基片集成波導的平面的基片集成波導平面喇叭天線除了具有喇叭天線的特點外，還很好的實現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。傳統的基片集成波導平面喇叭天線的有一個限制，天線喇叭口基板的厚度要大于十分之一工作波長，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，抵消了集成的優點，而且還增加了成本。另外這些天線輻射場的極化方向一般都是垂直于介質基板，而有些應用需要輻射場的極化平行于介質基板。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。另外傳統的基片集成波導平面喇叭天線的增益相對比較低，其原因在于由于喇叭口不斷的張開，導致電磁波傳播到喇叭口徑面時出現相位不同步，口徑電場強度的幅度分布也不均勻，輻射方向性和增益降低。目前已有采用介質加載、介質棱鏡等方法，矯正喇叭口徑場，但是這些方法都只能改善相位分布的一致性，不能改善幅度分布的均勻性，而且這些相位校準結構增加了天線的整體結構尺寸。
技術實現思路
技術問題:本專利技術的目的是提出一種薄基片相位幅度校正準八木平面喇叭天線，該天線輻射場的極化方向與介質基板平行，可以使用非常薄的介質基板制造，在基板的電厚度很薄的情況下，依然具有優良的輻射性能，而且該平面喇叭天線可以矯正天線口徑面上電磁波的相位和幅度不一致。技術方案:本專利技術的薄基片相位幅度校正準八木平面喇叭天線，其特征在于該天線包括設置在介質基板上的微帶饋線、基片集成喇叭天線和多個準八木天線；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基板一面的第一金屬平面、位于介質基板另一面的第二金屬平面和穿過介質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壁組成，基片集成喇叭天線的兩排金屬化過孔喇叭側壁之間的寬度逐漸變大，形成一個喇叭形張口，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金屬化過孔陣列連接第一金屬平面和第二金屬平面，金屬化過孔陣列的一端在基片集成喇叭天線內部，金屬化過孔陣列的另一端在基片集成喇叭天線的口徑面上；相鄰的兩個金屬化過孔陣列、或者是一個金屬化過孔陣列與其相鄰的一排金屬化過孔喇叭側壁，與第一金屬平面和第二金屬平面構成介質填充波導；在基片集成喇叭天線的口徑面上，每個介質填充波導的寬度相等，在口徑面外每個介質填充波導接有一個準八木天線。微帶饋線的導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。所述的金屬化過孔陣列的形狀由頭端折線段、多邊形和尾端折線段三段相連構成，金屬化過孔陣列中的多邊形可以是三角形、四邊形、五邊形或其它多邊形，多邊形的一條邊或者多條邊的形狀可以是直線、弧線或其它曲線；金屬化過孔陣列中的頭端折線段和尾端折線段的形狀可以是直線、折線或指數線等，其長度可以是接近零或者是有限長度。介質填充波導的寬度要使得電磁波可以在其中傳播而不被截止。所述的金屬化過孔陣列中，調整相鄰兩列金屬化過孔陣列之間的距離、或者調整一列金屬化過孔陣列與基片集成波導喇叭天線側壁金屬化過孔之間的距離，能夠改變介質填充波導的寬度，進而調整在該介質填充波導中電磁波傳播的相速，使得到達天線口徑面上電磁波的相位分布更均勻。所述的金屬化過孔陣列中，改變一列或者多列金屬化過孔陣列的長度能夠改變相應介質填充波導的長度，使得到達天線口徑面上電磁波的相位分布更均勻。選擇金屬化過孔陣列中頭端折線段或多邊形在基片集成喇叭天線中的位置和尺寸，使得在每個介質填充波導中傳輸的電磁波功率相等。每個準八木天線由一個有源振子、一個或數個無源振子組成；有源振子在介質基板的兩面分別有第一輻射臂和第二輻射臂，準八木天線有源振子的第一輻射臂與基片集成喇叭天線的第一金屬平面相連，準八木天線有源振子的第二輻射臂與基片集成喇叭天線的第二金屬平面相連，每個準八木天線有源振子的第一輻射臂和第二輻射臂向相反的方向伸展；無源振子位于介質基板的任意一面或者兩面都可以。金屬化過孔喇叭側壁和金屬化過孔陣列中，相鄰的兩個金屬化過孔的間距要小于或等于工作波長的十分之一，使得構成的金屬化過孔喇叭側壁和金屬化過孔陣列能夠等效為電壁。在介質填充波導中，電磁波主模(TE10模)的傳播相速與介質填充波導的寬度有關，介質填充波導的寬度越寬，主模傳播的相速越低；反之，介質填充波導的寬度越窄，主模傳播的相速越高。電磁波從微帶饋線的一端輸入，經過微帶饋線的另一端進入基片集成波導喇叭天線，傳播一段距離后，遇到金屬化過孔陣列，就分別進入各個介質填充波導傳輸。調整金屬化過孔陣列的頭端折線段和尾端折線段的位置和長度以及多邊形頂點的位置，就可以調節進入各個介質填充波導的相對功率以及電磁波在各個介質波導傳輸的相對相速，進而調整到達天線口徑面上電磁波的相對幅度和相對相位。進入各個介質填充波導電磁波的相對功率主要由金屬化過孔陣列的頭端折線段及多邊形頂點的位置決定，調整金屬化過孔陣列的頭端折線段及多邊形頂點的位置，可以調整經過每個介質填充波導傳輸的電磁波的相對功率，進而可以保證在每個介質填充波導中傳輸的功率相等，由于在口徑面上每個介質填充波導都接有一個同樣口徑大小的準八木天線，這樣進入每個準八木天線福射的功率也相等，也就是保證整個天線是等幅幅射的，這就提高了天線的增益。在天線口徑面上電磁波的相位分布主要由各個介質填充波導的長度和寬度決定，調整金屬化過孔陣列的頭端折線段和尾端折線段的位置和長度以及多邊形頂點的位置，就可以調節電磁波在各個介質波導傳輸的相對相速，進而使得通過各個介質填充波導的電磁波同相到達天線的口徑面，這樣在天線口徑面上每個介質填充波導端口的場強幅度分布和相位都一樣。以上述方式就可以控制在天線口徑面上電磁波的幅度和相位分布，如果保持在天線口徑面上的每個介質填充波導的端口寬度相等，并調整金屬化過孔陣列的位置大小和形狀，使得通過每個介質填充波導傳輸電磁波的同幅同相到達天線口徑面，進而同幅同相的進入每個準八木天線輻射，輻射場的極化方向也變成與基板接近平行的水平方向，這樣不僅可以使得在電薄基片的情況下，整個天線具有優良的輻射性能，也達到提高天線的口徑效率和增益的目的。而且準八木天線在主輻射方向，相當于一個線陣，具有較高的增益，因此相對于普通平面喇叭天線，本天線具有很高的增益。由于有多個金屬化過孔陣列把天線的口徑面分成很多個小的口徑面，每個小口徑面上接的準八木天線的尺寸可以做的很小，這樣天線的結構緊湊、尺寸也只增加很少。天線從饋電微帶線到準八木天線之間，都是封閉的基片集成波導結構，因此饋電損耗較小。同理也可以按照需要在天線本文檔來自技高網...

【技術保護點】
薄基片相位幅度校正準八木平面喇叭天線，其特征在于該天線包括設置在介質基板（1）上的微帶饋線（2）、基片集成喇叭天線（3）和多個準八木天線（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）由位于介質基板（1）一面的第一金屬平面（7）、位于介質基板（1）另一面的第二金屬平面（8）和穿過介質基板（1）連接第一金屬平面（7）和第二金屬平面（8）的兩排金屬化過孔喇叭側壁（9）組成，基片集成喇叭天線（3）的兩排金屬化過孔喇叭側壁（9）之間的寬度逐漸變大，形成一個喇叭形張口，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）中有金屬化過孔陣列（11）連接第一金屬平面（7）和第二金屬平面（8），金屬化過孔陣列（11）的一端在基片集成喇叭天線（3）內部，金屬化過孔陣列（11）的另一端在基片集成喇叭天線（3）的口徑面（10）上；相鄰的兩個金屬化過孔陣列（11）、或者是一個金屬化過孔陣列（11）與其相鄰的一排金屬化過孔喇叭側壁（9），與第一金屬平面（7）和第二金屬平面（8）構成介質填充波導（12）；在基片集成喇叭天線（3）的口徑面（10）上，每個介質填充波導（12）的寬度相等，在口徑面（10）外每個介質填充波導（12）接有一個準八木天線（4）。...

【技術特征摘要】
1.薄基片相位幅度校正準八木平面喇叭天線，其特征在于該天線包括設置在介質基板(I)上的微帶饋線(2)、基片集成喇叭天線(3)和多個準八木天線(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)由位于介質基板(I) 一面的第一金屬平面(7)、位于介質基板(I)另一面的第二金屬平面(8)和穿過介質基板(I)連接第一金屬平面(7)和第二金屬平面(8)的兩排金屬化過孔喇叭側壁(9)組成，基片集成喇叭天線(3)的兩排金屬化過孔喇叭側壁(9)之間的寬度逐漸變大，形成一個喇叭形張口，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)中有金屬化過孔陣列(11)連接第一金屬平面(7)和第二金屬平面(8)，金屬化過孔陣列(11)的一端在基片集成喇叭天線(3)內部，金屬化過孔陣列(11)的另一端在基片集成喇叭天線(3)的口徑面(10)上；相鄰的兩個金屬化過孔陣列(11)、或者是一個金屬化過孔陣列(11)與其相鄰的一排金屬化過孔喇叭側壁(9)，與第一金屬平面(7)和第二金屬平面(8)構成介質填充波導(12);在基片集成喇叭天線(3)的口徑面(10)上，每個介質填充波導(12)的寬度相等，在口徑面(10)外每個介質填充波導(12)接有一個準八木天線(4)。2.根據權利要求1所述的薄基片相位幅度校正準八木平面喇叭天線，其特征在于微帶饋線(2)的導帶(13)與第一金屬平面(7)相接，微帶饋線(2)的接地面(14)與第二金屬平面(8)相接。3.根據權利要求1所述的薄基片相位幅度校正準八木平面喇叭天線，其特征在于所述的金屬化過孔陣列(11)的形狀由頭端折線段(15)、多邊形(16)和尾端折線段(17)三段相連構成，金屬化過孔陣列(11)中的多邊形(16)可以是三角形、四邊形、五邊形或其它多邊形，多邊形(16 )的一條邊或者多條邊的形狀可以是直線、弧線或其它曲線；金屬化過孔陣列(11)中的頭端折線段(15)和尾端折線段(17)的形狀可以是直線、折線或指數線等，其長度可以是接近零或者是有限長度。4.根據權利要求1或3所述的薄基片...

【專利技術屬性】
技術研發人員：殷曉星，趙洪新，任剛，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：