[发明专利]毫米波基片集成波导双圆极化低副瓣共口径阵列天线

说明书

技术领域

本发明属于动目标通信天线技术领域，更具体的，涉及毫米波基片集成波导双圆极化低副瓣共口径阵列天线。

背景技术

新一代天线要满足小型化，低剖面的特点，并需具有抗干扰能力强，高信道容量等特性。较于金属波导，基片集成波导具有高集成度、低剖面、低损耗和易加工的特点，在毫米波频段进行平面电路和阵列天线的设计，基片集成波导是一个很好的选择。

一方面，圆极化天线因具有抗干扰能力强、能接受任意极化状态下的电磁波等诸多优点在卫星通信、舰载、机载、弹载等动目标通信领域中得到了广泛应用。另一方面，天线接收到的噪声功率大部分是来自天线方向图的副瓣区域，低副瓣电平的天线在无线通信应用中起着至关重要的作用。因此同时具有圆极化特性又具有低副瓣特性的天线，将会极大的提高天线的抗干扰能力以及接收信号的信噪比，对通信系统的后续信号处理的质量有至关重要的影响。目前，圆极化低副瓣阵列天线的设计一般有两种方式：一是通过在线极化低副瓣天线基础上外加一个圆极化器，这种设计方法会增大天线的尺寸，而且不能同时实现左旋圆极化和右旋圆极化特性；二是设计满足低副瓣特性的正交馈电网络，例如传统的缝隙阵列或者贴片阵列天线，但目前多是实现圆极化在某一个面的低副瓣，文献A.B.Smolders and H.J.Visser, “Low side-lobe circularly-polarized phased arrays using a random sequential rotation technique,” IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.62,no.12,pp.6476–6481,Dec.2014.采用随机序列旋转技术通过微带贴片实现圆极化方向图两个正交平面的低副瓣，但要实现双圆极化非常困难。这是因为毫米波波长较短，它的二维馈电网络会更加极其复杂。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种毫米波基片集成波导双圆极化低副瓣共口径阵列天线。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种毫米波基片集成波导双圆极化低副瓣共口径阵列天线，从上往下依次层叠：第一金属覆铜层、第一介质层、第二金属覆铜层、第二介质层、第三金属覆铜层；

第一金属覆铜层上纵横方向各刻蚀14-16个尺寸相同的双长缝单元，构成共口径缝隙天线阵列；第一介质层边缘四周设置的贯穿金属化孔与第一金属覆铜层、第二金属覆铜层一起构成两方向上的基片集成波导平行板波导；第二金属覆铜层的纵横方向边缘上各刻蚀的16个耦合缝隙与第一介质层内部纵横各15列相距为2.1mm的贯穿金属化孔、第一金属覆铜层、第二金属覆铜层一起构成基片集成波导层间耦合结构；第二介质层的贯穿金属化孔与第二金属覆铜层、第三金属覆铜层一起构成两个相同的1分16的不等功率分配网络与一个90°耦合器；第三层金属覆铜层边缘处刻蚀两个耦合口径，被标准矩形波导的WR-10用作馈电窗口；该耦合器包括4个端口，分别为输入端口、隔离端口、耦合端口和定向端口，耦合器结构完全中心对称，耦合端口与定向端口分别连接两个正交放置的1分16不等功率分配网络，其中耦合端口与定向端口输出幅度相等，并且耦合端口输出相位滞后90°。

本发明为克服双圆极化低副瓣天线设计的困难，首先提出了一种极化正交的基片集成波导共口径双线极化阵列天线，同时在馈电网络中使用90°耦合器，以产生左旋圆极化波(LHCP) 和右旋圆极化波(RHCP)。为了避免使用复杂的二维赋形方法，采用了一种特殊一维赋形方法，可以在圆极化阵列天线的两个正交平面上均实现副瓣电平抑制。

作为优选方式，选用的基板为Taconic TLY-5，厚度为0.508mm，介质层上铜箔厚度为 0.018mm，共口径阵列上的相邻天线单元相距2.31mm，一个天线单元由长33mm、宽0.15mm、相距0.63mm的两根长缝隙组成。

作为优选方式，第二金属覆铜层上的耦合缝隙的尺寸均为1.4mm×0.5mm，位置据末端金属通孔中心为1.45mm。