[发明专利]薄基片相位校正准八木平面喇叭天线

说明书

技术领域

    本发明涉及一种喇叭天线，尤其是一种薄基片相位校正准八木平面喇叭天线。

背景技术

    喇叭天线在卫星通信、地面微波链路及射电望远镜等系统中有着广泛的应用。但是，三维喇叭天线的巨大几何尺寸制约了其在平面电路中的应用和发展。近年来，基片集成波导技术的提出和发展很好的促进了平面喇叭天线的发展。基片集成波导有尺寸小、重量轻、易于集成和加工制作等优点。基于基片集成波导的平面的基片集成波导平面喇叭天线除了具有喇叭天线的特点外，还很好的实现了喇叭天线的小型化、轻型化，而且易于集成在微波毫米波平面电路中。传统的基片集成波导平面喇叭天线的有一个限制，天线喇叭口基板的厚度要大于十分之一工作波长，天线才能有较好的辐射性能，不然由于反射，天线里的能量辐射不出去。这样就要求天线基板的厚度不能太薄，在L波段等较低频段要满足这个要求更是十分困难，很厚的基板不仅体积和重量很大，抵消了集成的优点，而且还增加了成本。另外这些天线辐射场的极化方向一般都是垂直于介质基板，而有些应用需要辐射场的极化平行于介质基板。已有的一些天线在平面喇叭天线前面加载贴片改善薄基片平面喇叭天线的辐射，但加载的贴片尺寸较大，而且工作频带较窄。另外传统的基片集成波导平面喇叭天线的增益相对比较低，其原因在于由于喇叭口不断的张开，导致电磁波传播到喇叭口径面时出现相位不同步，辐射方向性和增益降低。目前已有采用介质加载、介质棱镜等方法，矫正喇叭口径场，但是这些相位校准结构增加了天线的整体结构尺寸。

发明内容

    技术问题：本发明的目的是提出一种薄基片相位校正准八木平面喇叭天线，该天线辐射场的极化方向与介质基板平行，可以使用非常薄的介质基板制造，在基板的电厚度很薄的情况下，依然具有优良的辐射性能，而且该平面喇叭天线可以矫正天线口径面上电磁波的相位不一致。

技术方案：本发明的薄基片相位校正准八木平面喇叭天线，其特征在于该天线包括设置在介质基板上的微带馈线、基片集成喇叭天线和多个准八木天线；所述微带馈线的第一端口是该天线的输入输出端口，微带馈线的第二端口与基片集成喇叭天线相接；基片集成喇叭天线由位于介质基板一面的第一金属平面、位于介质基板另一面的第二金属平面和穿过介质基板连接第一金属平面和第二金属平面的两排金属化过孔喇叭侧壁组成，基片集成喇叭天线的两排金属化过孔喇叭侧壁之间的宽度逐渐变大，形成一个喇叭形张口，张口的末端是基片集成喇叭天线的口径面；基片集成喇叭天线中有金属化过孔阵列连接第一金属平面和第二金属平面，金属化过孔阵列的头端在基片集成喇叭天线内部，金属化过孔阵列的尾端在基片集成喇叭天线的口径面上；相邻的两个金属化过孔阵列、或者是一个金属化过孔阵列与其相邻的一排金属化过孔喇叭侧壁，与第一金属平面和第二金属平面构成介质填充波导，在口径面外每个介质填充波导接有一个准八木天线。

微带馈线的导带与第一金属平面相接，微带馈线的接地面与第二金属平面相接。

介质填充波导的宽度要使得电磁波可以在其中传播而不被截止。

所述的金属化过孔阵列中，调整相邻两列金属化过孔阵列之间的距离、或者调整一列金属化过孔阵列与基片集成波导喇叭天线侧壁金属化过孔之间的距离，能够改变介质填充波导的宽度，进而调整在该介质填充波导(14)中电磁波传播的相速，使得到达口径面上电磁波的相位分布更均匀。

所述的金属化过孔阵列中， 改变一列或者多列金属化过孔阵列的长度能够改变相应介质填充波导的长度，使得到达口径面上电磁波的相位分布更均匀。

每个准八木天线由一个有源振子、一个或数个无源振子组成；有源振子在介质基板的两面分别有第一辐射臂和第二辐射臂，准八木天线有源振子的第一辐射臂与基片集成喇叭天线的第一金属平面相连，准八木天线有源振子的第二辐射臂与基片集成喇叭天线的第二金属平面相连，每个准八木天线有源振子的第一辐射臂和第二辐射臂向相反的方向伸展；无源振子位于介质基板的任意一面或者两面都可以。

金属化过孔喇叭侧壁和金属化过孔阵列中，相邻的两个金属化过孔的间距要小于或等于工作波长的十分之一，使得构成的金属化过孔喇叭侧壁和金属化过孔阵列能够等效为电壁。

在介质填充波导中，电磁波主模（TE10模）的传播相速与介质填充波导的宽度有关，介质填充波导的宽度越宽，主模传播的相速越低；反之，介质填充波导的宽度越窄，主模传播的相速越高。电磁波从微带馈线的一端输入，经过微带馈线的另一端进入基片集成波导喇叭天线，传播一段距离后，遇到金属化过孔阵列，就分别进入各个介质填充波导传输。