一種75-78GHz共軛直線漸變縫隙天線的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種75?78GHz共軛直線漸變縫隙天線，該天線是一正面和背面均覆蓋金屬層的矩形介質基板結構，介質基板的前端是一共軛直線漸變縫隙結構，該結構橫向寬為W，縱向長為K；介質基板的末端在橫向距離為M內設有一排直徑為L的金屬通孔,金屬通孔相鄰間距為F；介質基板的兩側分別設有兩列金屬通孔；介質基板的背面處設有一縱向長為A和橫向寬為B的矩形金屬開槽，矩形金屬開槽中心到所述介質基板末端的金屬通孔中心線的垂直距離為N，矩形金屬開槽中心到兩列金屬通孔縱向相鄰金屬通孔的中心線的最小垂直距離為V。該發明在保證系統增益、帶寬、波瓣寬度要求的前提下還會對毫米波有較小的反射，具有降低RCS的作用。
【專利說明】
一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線
技術領域
[0001]本發明屬于汽車防撞雷達性能檢測技術領域，具體涉及一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線。
【背景技術】
[0002]目標回波模擬系統暗箱的工作原理是被試品發出的信號，被工作在該頻段的接收天線接收，并通過射頻接收端將接收到的毫米波信號下變頻為厘米波信號。該厘米波信號再次經過射頻發射端上變頻轉換為毫米波信號作為目標回波由目標回波發射天線發射出去。其中接收天線獲得被試品發射信號在目標處的功率值，發射天線模擬目標散射并將目標回波輻射出去。下變頻產生的厘米波信號特征經過信號分析顯示在頻譜儀、示波器上，進而可以獲得被試品的特性。
[0003]喇叭天線具有寬頻帶、高增益的優點，因此它可以用來作為目標回波模擬系統暗箱的被試品發射信號接收天線和目標回波發射天線，但喇叭天線的有效口徑相對較大，使得喇叭天線在工作時具有較高的RCS。此時對于被試品而言，被試品發射信號接收天線與目標回波信號發射天線的反射波也會成為目標信號，從而影響對被試品特性的測量結果。因此最大限度降低被試品發射信號接收天線與目標回波信號發射天線對毫米波反射是研究的重點。為了減縮喇叭天線的RCS，系統設計了共軛直線漸變縫隙天線作為被試品發射信號的接收天線和目標回波的發射天線。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明提供了一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，能夠保證系統增益、帶寬、波瓣寬度要求的前提下還會對毫米波有較小的反射，因而相對于喇叭天線具有降低RCS的作用。
[0005]—種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，該天線是一正面和背面均覆蓋金屬層的矩形介質基板結構，所述介質基板的前端是一共軛直線漸變縫隙結構，該結構橫向寬為W，縱向長為K;所述介質基板的末端在橫向距離為M內設有一排直徑為L的金屬通孔，相鄰金屬通孔的間距為F;所述介質基板的兩側分別設有一列金屬通孔，兩列金屬通孔的橫向距離為M，相鄰金屬通孔的縱向間隔為S;所述介質基板的背面處設有一縱向長為A和橫向寬為B的矩形金屬開槽，所述矩形金屬開槽中心到所述介質基板末端的金屬通孔中心線的垂直距離為N，所述矩形金屬開槽中心到兩列金屬通孔的中心線的最小垂直距離為V。
[0006]進一步地，W為3mm，K為5mm。
[0007 ] 進一步地，所述縱向間隔S為0.4mm，橫向距離M為2mm。
[0008]進一步地，所述金屬化通孔的直徑L為0.2mm。
[0009]進一步地，所述介質基板為厚度是20mil的RT/Dur1id6002板材，該基板的相對介電常數為2.94，介質損耗角正切為0.0012。
[0010]進一步地，距離F為0.44mm。[0011 ] 進一步地，所述矩形金屬開槽長A為1.84mm和寬B為0.92mm。
[0012]進一步地，垂直距離N為2.4mm，最小垂直距離V為1.3mm。
[0013]有益效果:
[0014]1、本發明設計的共軛直線漸變縫隙天線的工作頻率比傳統類似結構天線高，可達到75-78GHZ;
[0015]2、本發明設計的共軛直線漸變縫隙天線的增益全頻段范圍達到2 8.0dBi;波瓣寬度較寬，可達到E面3dB波瓣寬度2 53.0°，11面3(^波瓣寬度2 53.0°。
[0016]3、本發明設計的共軛直線漸變縫隙天線的體積、口徑均比喇叭天線小，可以確保接收天線和發射天線對毫米波的反射較喇叭天線小，可盡量避免將接收天線和發射天線看做目標而影響被試品測量結果。
[0017]4、共軛直線漸變縫隙天線的平面結構體重輕便的特點可以保證天線質心相較于體積重的喇叭天線更能夠保持水平，確保天線最大輻射方向不發生偏移。
[0018]5、共軛直線漸變縫隙天線采用傳統PCB工藝，加工方便、生產成本低，天線結構緊湊、重量輕便，集成度高;采用波導轉SIW的結構可以減小饋線損耗。
【附圖說明】
[0019]圖1為共軛直線漸變縫隙天線的結構正面結構示意圖。
[0020]圖2為共軛直線漸變縫隙天線的結構背面結構示意圖。
[0021]圖3為圖1中A處圓圈的放大不意圖。
[0022]圖4為共軛直線漸變縫隙天線工作在75GHzE面、H面方向圖。
[0023]圖5為共軛直線漸變縫隙天線工作在76.5GHzE面、H面方向圖。
[0024]圖6為共軛直線漸變縫隙天線工作在78GHzE面、H面方向圖。
[0025]圖7為共軛直線漸變縫隙天線在工作頻段內的駐波比值。
[0026]1-天線的正面結構;2-天線的背面結構;3-輻射部分;4-SIW過渡段部分;5-金屬化通孔;6-矩形金屬開槽;7-介質基板;8-短路面部分。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0028]本發明提供了一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，如圖1所示，該天線是一正面和背面均覆蓋金屬層的矩形介質基板7結構，所述介質基板7的前端是一共軛直線漸變縫隙結構，該結構橫向寬為W，縱向長為K，可作為天線的輻射部分3，實現天線寬頻帶的特點；所述介質基板7的末端在橫向距離為M內設有一排直徑為L的金屬通孔5相鄰金屬通孔5的間距為F，可作為天線的短路面部分8，所述短路面部分8與矩形金屬開槽6之間選取適當的距離，可以濾除高次模;所述介質基板7的兩側分別設有一列金屬通孔5，兩列金屬通孔5的橫向距離為M，相鄰金屬通孔5的縱向間隔為S，可作為天線的SIW過渡段部分4，降低天線末端的饋電波導等金屬結構對輻射方向圖的影響，減小副瓣電平;所述介質基板7的背面處設有一縱向長為A和橫向寬為B的矩形金屬開槽6，所述矩形金屬開槽6中心到所述介質基板7末端的金屬通孔5中心線的垂直距離為N，所述矩形金屬開槽6中心到兩列金屬通孔5的中心線的最小垂直距離為V。
[0029]共軛直線漸變縫隙天線采用PCB工藝進行加工，其平面結構、體重輕便的特點可以保證天線質心相較于體積重的喇叭天線更能夠保持水平，確保天線最大輻射方向不發生偏移。天線平面結構尺寸緊湊、口徑小的特點使得天線對毫米波頻段的電磁波反射小。
[0030]介質基板為厚度是20mil的RT/Dur1id6002板材，該基板的相對介電常數為2.94，介質損耗角正切為0.0012。該基板介質材料的損耗小，而且介電常數相對較高，可以在一定程度上縮小天線的物理尺寸，從而減小天線本身對毫米波的反射。
[0031]其次，SIW過渡段部分選擇20mil的板材厚度是基于本天線使用的基片集成波導(SIW)技術，該技術將天線輻射端與饋電波導結構集成在同一個平面中，減小天線體積，使SIW和天線之間達到良好的饋電匹配，能夠增加天線的工作帶寬，降低回波損耗，并防止高次模的產生。
[0032]天線工作在較高頻段，采用介質集成波導結構饋電可以減小饋線損耗。在天線背面2的介質集成波導上采用光刻技術蝕刻出一個金屬開槽，并在金屬開槽處將介質集成波導與H面彎波導WR12/BJ740連接實現電磁波從H面彎波導WR12/BJ740到介質集成波導的過渡，實現減小天線的饋電損耗。槽的大小和開槽位置會影響電磁波在過渡段的傳播，設計需要獲得最佳的開槽尺寸和開槽位置以確保電磁波在過渡段的反射最小，本實施例中最佳的開槽尺寸A為1.84mm和B為0.92mm，開槽位置N為2.4mm，V為1.3mm。
[0033]為了減小天線后端基板表面覆蓋的金屬及與天線基板連接的波導法蘭盤等結構對天線副瓣的影響，設計時將介質集成波導結構延伸出一定長度，該長度的選取是在確保天線后端金屬結構對天線副瓣影響較小的前提下，天線縱向長度的最小取值，使天線具有體積小的優點。介質集成波導體積小、低損耗的特點有利于滿足設計需求。為了保證天線的阻抗匹配以及減小回波損耗，設計時基片集成波導的金屬化通孔的直徑和通孔之間的距離也需要取最佳值，本實施例中金屬化通孔的直徑L為0.2mm，通孔之間的距離F為0.44mm。
[0034]共軛對稱結構是將原本位于直線漸變天線介質基板一側的左右兩部分的直線漸變開槽分開放置在介質基板的兩面上，形成了共軛對稱的結構，實現天線寬頻帶的特點。位于天線介質基板雙面的直線型漸變金屬涂層在介質基板的正反兩面上共軛形成縫隙張角，其中縫隙重疊部分的寬度也需要選取最佳值。合適的寬度值可以大大降低阻抗不匹配帶來的損耗并能夠展寬帶寬，本實施例中W取3mm，K取5mm;
[0035]共軛直線漸變縫隙天線仿真設計時采用電磁仿真軟件HFSS，天線的仿真設計過程包括基板材質的選取、天線模型的建立、模型參數的設置以及參數的優化。
[0036]基板材質的選取要考慮基板材質的介質特性，包括介電常數、介質損耗正切角，選擇低損耗正切角、高介電常數的基板在一定程度上能夠縮小天線的物理尺寸，有助于實現本設計減小天線對毫米波的反射的目的。
[0037]天線的建模、仿真過程是在電磁仿真軟件HFSS中進行的，天線模型的建立依據其設計結構，天線模型的結構及詳細說明如圖1、2和3所示。
[0038]天線模型參數的設置依據相關理論，其中介質集成波導結構的金屬通孔直徑(L)與通孔間間距(F)要滿足0.5 < L/F<0.6及F<0.2Amin，其中Amin是工作頻段內的最小波長。天線輻射部分的長度一般選擇為4-10倍的等效波長，口徑寬度一般為1-2倍的等效波長。仿真設計過程中對天線輻射結構的長度、口徑寬度、天線共軛結構重疊部分的寬度都進行參數優化，最終實現天線的最佳輻射效果;天線在不同頻點處的E面、H面方向圖如圖4、5、6所示。天線的駐波比值如圖7所示。
[0039]天線的加工采用傳統PCB工藝，介質集成波導結構中的金屬通孔在加工時需要對介質基板的通孔金屬化加工。
[0040]綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，該天線是一正面和背面均覆蓋金屬層的矩形介質基板(7)結構，所述介質基板(7)的前端是一共軛直線漸變縫隙結構，該結構橫向寬為W，縱向長為K;所述介質基板(7)的末端在橫向距離為M內設有一排直徑為L的金屬通孔(5)，相鄰金屬通孔(5)的間距為F;所述介質基板(7)的兩側分別設有一列金屬通孔(5)，兩列金屬通孔(5)的橫向距離為M，相鄰金屬通孔(5)的縱向間隔為S;所述介質基板(7)的背面處設有一縱向長為A和橫向寬為B的矩形金屬開槽(6)，所述矩形金屬開槽(6)中心到所述介質基板(7)末端的金屬通孔(5)中心線的垂直距離為N，所述矩形金屬開槽(6)中心到兩列金屬通孔(5)的中心線的最小垂直距離為V。2.如權利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，W為3mm，K為.5mm.3.如權利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，所述縱向間隔S為0.4mm，橫向距離M為2mm。4.如權利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，所述金屬通孔(5)的直徑L為0.2mm。5.如權利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，所述介質基板(7)為厚度是2011^1的1?171)1140丨(16002板材，該基板的相對介電常數為2.94，介質損耗角正切為 0.0012。6.如權利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，距離F為.0.44mm.7.如權利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，所述矩形金屬開槽(6)長A為1.84mm和寬B為0.92_。8.如權利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，垂直距離N為.2.4mm，最小垂直距離V為1.3mm。
【文檔編號】H01Q13/10GK105846084SQ201610211105
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月6日
【發明人】王學田, 趙嘉斐, 高洪民
【申請人】北京理工大學