專利名稱：相位校準的平面喇叭天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種平面喇叭天線，尤其是一種相位校準的平面喇叭天線。
背景技術：
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，但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。目前已有采用介質加載、介質棱鏡等方法，矯正喇叭口徑場，但是這些方法均是在平面喇叭外部通過添加相位或者電場校準結構實現目的，增加了天線的整體結構尺寸。
發明內容
技術問題本發明的目的是提出一種相位校準的平面喇叭天線，該平面喇叭天線內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、改善天線口徑面上相位分布的同相性，增加天線的口徑效率和增益。技術方案本發明的相位校準的平面喇叭天線包括設置在介質基板上的微帶饋線、基片集成波導喇叭天線和內嵌金屬化過孔；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波導喇叭天線相接；基片集成波導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；在喇叭天線中間設有由多個內嵌金屬化過孔構成的一列或數列金屬化過孔線陣；由相鄰兩列金屬化過孔線陣、或者一列金屬化過孔線陣與一排金屬化過孔喇叭側壁，第一金屬平面和第二金屬平面構成介質填充波導，該介質填充波導的外端是喇叭天線的口徑面。微帶饋線的導帶與第一金屬平面(8)相接,微帶饋線(I)的接地面(9)與第二金屬平面相接。基片集成波導喇叭天線里有兩個或兩個以上的介質填充波導，這些介質填充波導的傳輸方向朝著天線的口徑面。介質填充波導的寬度要保證其主模可以在介質填充波導(13)中傳輸而不被截止。一列或數列金屬化過孔線陣中，調整相鄰兩列金屬化過孔線陣之間的距離、或者調整一列金屬化過孔線陣與基片集成波導喇叭天線(2)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(13)中電磁波傳播的相速，使得到達天線的口徑面上電磁波相位分布更均勻。一列或數列金屬化過孔線陣中，改變一列或者多列內嵌金屬化過孔線陣的長度能夠改變相應介質填充波導的長度，進而使得到達天線口徑面上電磁波相位分布更均勻。一列或數列金屬化過孔線陣中，內嵌的金屬化過孔線陣中相鄰的兩個金屬化過孔的間距小于或等于工作波長的十分之一，使得構成的金屬化過孔線陣(12)能夠等效為電壁。金屬化過孔喇叭側壁中，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(11)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，遇到一列或者數列金屬化過孔陣列，就分成兩路或者多路，進入介質填充波導傳播，再到達基片集成波導喇叭天線的口徑面；在天線口徑面上的電磁波是分成多路到達的，各路經過的路徑長度有差異，到達天線口徑面的邊緣的電磁波所經過的路程較遠，但經過的介質填充波導的寬度較窄，電磁波的相速較快；而到達天線口徑面中心附近的電磁波所經過路程較近，但經過的介質填充波導的寬度較寬，電磁波的相速較慢。這樣到達口徑面各處的電磁波的相位就可以保持一致，進而達到提高天線增益的目的。同理也可以按照需要在天線的口徑面附近實現特定的相位分布。有益效果本發明相位校準的平面喇叭天線的有益效果是，矯正了天線口徑面上電磁波的相位不一致、改善天線口徑面上相位分布的均勻性，進而增加了天線的口徑效率和增益。
圖1為相位校準的平面喇叭天線結構正面結構示意圖。圖2為相位校準的平面喇叭天線結構反面結構示意圖。圖中有微帶饋線1、基片集成波導喇叭天線2、內嵌金屬化過孔3、介質基板4、第一端口 5、第二端口 6、導帶7、第一金屬平面8、接地面9、第二金屬平面10、金屬化過孔喇叭側壁11、金屬化過孔陣列12、介質填充波導13和喇叭天線的口徑面14。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。本發明所采用的實施方案是相位校準的平面喇叭天線包括微帶饋線1、基片集成波導喇叭天線2和內嵌金屬化過孔3，這三部分都集成在同一塊介質基板4上，微帶饋線I的一端5是相位校準的平面喇叭天線的輸入輸出端口，微帶饋線I的另一端6與基片集成波導喇叭天線2相接，微帶饋線I的導帶7與基片集成波導喇叭天線2的一個金屬平面8相接，微帶饋線I的接地面9與基片集成波導喇叭天線2的另一個金屬平面10相接；基片集成波導喇叭天線2由兩個金屬平面8、10和兩排金屬化過孔喇叭側壁11組成，兩個金屬平面8、10分別位于介質基板4的兩面，兩排金屬化過孔喇叭側壁11連接兩個金屬平面8、10，并逐漸張開成喇叭形；內嵌金屬化過孔3在基片集成波導喇叭天線2中，多個內嵌金屬化過孔3構成一列或數列金屬化過孔線陣12，這些金屬化過孔3也連接兩個金屬平面8、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與基片集成波導喇叭的一個側壁11，與上下兩個金屬平面8、10構成寬度恒定或者寬度變化的介質填充波導13，這些介質填充波導13的一端在基片集成波導喇叭天線2內離天線口徑面14相對較遠的位置，另一端在天線口徑面14上。在介質填充波導13中，電磁波主模的傳播相速與介質填充波導13的寬度有關，介質填充波導13的寬度越寬，主模傳播的相速越低；反之，介質填充波導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，經過微帶饋線I的另一端6進入基片集成波導喇叭天線2，傳播一段距離后，遇到一列或中數列金屬化過孔線陣12，就分成兩路或者多路，進入介質填充波導13傳播，再到達天線的口徑面14 ;因此在天線口徑面14上的電磁波是分成多路到達的，各路經過的路徑長度有差異，到達天線口徑面14的邊緣的電磁波所經過的路程較遠，而到達天線口徑面14中心附近的電磁波所經過路程較近，但到達 天線口徑面14中心附近的電磁波所經過介質填充波導13的寬度比到達口徑面14的邊緣的電磁波所經過的介質填充波導13的寬度要寬，其相速相對較慢，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，這樣在整個天線口徑面14上電磁波的相位就可以保持一致，進而達到提高天線方向性和增益的目的。在工藝上，相位校準的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現。其中金屬化過孔3、和金屬化過孔波導側壁11的金屬化過孔可以是空心金屬通孔也可以是實心金屬孔，也可以是連續的金屬化壁，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。在結構上，金屬化過孔陣列12排列成的線形可以是直線、折線、指數線和其它曲線等。根據以上所述，便可實現本發明。
權利要求
1.一種相位校準的平面喇叭天線，其特征在于該天線包括設置在介質基板(4)上的微帶饋線(I)、基片集成波導喇叭天線(2)和內嵌金屬化過孔(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)與基片集成波導喇叭天線(2)相接；基片集成波導喇叭天線(2)由位于介質基板(4) 一面的第一金屬平面(8)、位于介質基板(4)另一面的第二金屬平面(10)和穿過介質基板(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壁(11)組成；在喇叭天線(2)中間設有由多個內嵌金屬化過孔(3)構成的一列或數列金屬化過孔線陣(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壁(11)，第一金屬平面(8)和第二金屬平面(10)構成介質填充波導(13)，該介質填充波導(13)的外端是喇叭天線的口徑面(14)。
2.根據權利要求1所述的一種相位校準的平面喇叭天線，其特征在于微帶饋線(I)的導帶(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.根據權利要求1所述的一種相位校準的平面喇叭天線，其特征在于所述的基片集成波導喇叭天線(2)里有兩個或兩個以上的介質填充波導(13)，這些介質填充波導(13)的傳輸方向朝著天線的口徑面(14)。
4.根據權利要求3所述的一種相位校準的平面喇叭天線，其特征在于所述的介質填充波導(13)的寬度要保證其主模可以在介質填充波導(13)中傳輸而不被截止。
5.根據權利要求1、3或4所述的一種相位校準的平面喇叭天線，其特征在于所述的一列或數列金屬化過孔線陣(12)中，調整相鄰兩列金屬化過孔線陣(12)之間的距離、或者調整一列金屬化過孔線陣(12)與基片集成波導喇叭天線(2)側壁金屬化過孔(11)之間的距離，能夠改變介質填充波導(13)的寬度，進而調整在該介質填充波導(13)中電磁波傳播的相速，使得到達天線的口徑面(14)上電磁波相位分布更均勻。
6.根據權利要求5所述的一種相位校準的平面喇叭天線，其特征在于所述的一列或數列金屬化過孔線陣(12)中，改變一列或者多列內嵌金屬化過孔線陣(12)的長度能夠改變相應介質填充波導(13)的長度，進而使得到達天線口徑面(14)上電磁波相位分布更均勻。
7.根據權利要求1所述的一種相位校準的平面喇叭天線，其特征在于所述的一列或數列金屬化過孔線陣(12)中，內嵌的金屬化過孔線陣(12)中相鄰的兩個金屬化過孔(3)的間距小于或等于工作波長的十分之一，使得構成的金屬化過孔線陣(12)能夠等效為電壁。
8.根據權利要求1所述的一種相位校準的平面喇叭天線，其特征在于所述的金屬化過孔喇叭側壁(11)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(11)能夠等效為電壁。
全文摘要
相位校準的平面喇叭天線涉及一種平面喇叭天線，該天線包括微帶饋線(1)、基片集成波導喇叭天線(2)和內嵌金屬化過孔(3)，這三部分都集成在一塊介質基板(4)上，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壁(11)組成，金屬化過孔(3)在喇叭天線(2)中，多個金屬化過孔(3)構成一列或數列過孔線陣(12)，相鄰兩列線陣(12)、或者一列線陣(12)與一排喇叭側壁(11)，與第一金屬平面(8)和第二金屬平面(10)構成介質填充波導(13)，介質填充波導(13)的一端在喇叭天線(2)內，另一端在天線的口徑面(14)。該天線可以提高天線的增益。
文檔編號H01Q13/02GK103022715SQ201210564048
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者殷曉星, 趙洪新, 王磊 申請人:東南大學