[发明专利]一种多层基片集成波导阵列天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种多层基片集成波导阵列天线。

背景技术

传统的抛物面天线可以在宽带范围内将球面波转换成平面波，但由于体积较大、加工复杂、难以便携，不符合现代通信系统小型化、集成化的需求。波导缝隙天线阵列具有低剖面、机械强度好、结构紧凑、口径效率高和损耗小等优良特性，但带宽窄，同时在毫米波频段加工精度要求高、周期长、成本高又在一定程度上限制了其应用。

基片集成波导采用印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)工艺或低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)工艺等，在介质基片上形成紧密排列的两列平行的金属化通孔，由于通孔间距很小，从而可以将电磁波限制在一定范围内向前传播，就可形成类似介质填充波导的平面波导结构。具有体积小、重量轻，可采用PCB加工工艺，降低了加工成本，易于与微波毫米波集成电路集成，使微波毫米波系统小型化，便于大量生产等优点，目前已应用在天线领域。

基于基片集成波导技术的高增益阵列天线研究一部分集中在波导缝隙天线方面，以解决加工精度高、成本高等问题，但由于所激励的平面波的不理想性，使得天线难以满足宽频带、低副瓣的工作要求，同时由于馈电网络复杂，不利于实现高效率。

在基片集成波导中采用平面波进行大口径馈电，可以有效简化馈电网络结构，使其从二维结构简化为一维结构，降低馈电损耗，提高天线效率。因此，如何结合基片集成波导技术并采用合适的的平面波激励技术，从而研制出宽频带、低副瓣、高效率、易加工的基片集成波导天线是目前急需解决的一个难题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种能够满足宽频带、高增益、低副瓣的工作要求并实现高效率的多层基片集成波导阵列天线。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：包括从下往上依次层叠的平面波激励层、功分器层和天线辐射层；

所述的平面波激励层包括从下往上层叠的一号下层基片集成波导及一号上层基片集成波导；

所述的一号下层基片集成波导包括下介质基板、位于下介质基板上的下金属化通孔、附着在下介质基板上下表面的下覆铜层及上覆铜层，在下介质基板上设置有同轴馈电端口、呈抛物线状的抛物面式基片集成波导、位于抛物面式基片集成波导的焦点上的平面喇叭；在上覆铜层上设置有呈抛物面式缝隙状的平面波输出端口，且该平面波输出端口与抛物面式基片集成波导的边缘之间设有间距；

所述的一号上层基片集成波导包括上介质基板、位于上介质基板上的上金属化通孔及附着在上介质基板上下表面的一号覆铜层及二号覆铜层，在一号覆铜层上设置有一号输出端口，在二号覆铜层上设置有平面波输入端口；

电磁波信号经同轴馈电端口输入到平面喇叭中，再通过平面喇叭照射到抛物面式基片集成波导边缘反射后转变为平面波，此平面波通过平面波输出端口耦合至平面波输入端口并传输至一号输出端口；平面波从一号输出端口耦合至功分器层，并通过功分器层进行合理的功率分配并馈入给天线辐射层，天线辐射层中的各个天线单元得到合理的电磁波幅度和相位并将电磁波辐射至自由空间。

所述的功分器层包括从下往上依次层叠的二号下层基片集成波导、二号中层基片集成波导和二号上层基片集成波导；

所述的二号下层基片集成波导、二号中层基片集成波导和二号上层基片集成波导均包括一号介质基板、位于一号介质基板上下表面的覆铜层及位于一号介质基板上的金属化通孔；

在二号下层基片集成波导介质基板的上下表面覆铜层上分别开设有二号输出端口及一号输入端口，在二号中层基片集成波导介质基板的上下表面覆铜层上分别开设有三号输出端口及二号输入端口；在二号上层基片集成波导介质基板的上下表面覆铜层上分别开设若干条四号输出端口及三号输入端口；

所述的天线辐射层包括三号基片集成波导，该三号基片集成波导包括二号介质基板、位于二号介质基板上的金属化通孔及位于二号介质基板上下表面的覆铜层，在二号介质基板上下表面的覆铜层上分别设置有若干条辐射端口及若干条输入端口。

所述的下介质基板、上介质基板、一号介质基板、二号介质基板均采用Rogers RT/duroid5880型号的介质基板，相对介电常数为2.2，厚度为1.016mm，金属化通孔的直径为0.6mm；介质基板的横向长度为5λ₀以上。

当一号下层基片集成波导、一号上层基片集成波导从下往上依次层叠组成平面波激励层时，平面波输出端口与平面波输入端口相重合；