[发明专利]基于普通PCB工艺的基片集成镜像介质波导漏波天线

说明书

技术领域

本发明属于周期性漏波天线技术领域，具体涉及基于普通PCB工艺的基片集成镜像介质波导漏波天线。

背景技术

漏波天线是一种通过在导波结构的纵向方向上产生能量泄露从而向空间辐射的天线，在形式上可以分为连续漏波天线和周期性漏波天线两类。周期性漏波天线由具有周期性加载的均匀导波结构构成，通过表面加载向外辐射能量。这种天线具有低剖面，可与金属平面共性以及通过改变频率实现波束扫描等特点。与均匀漏波天线相比，周期性漏波天线的通常有更好的定向性，更大的扫描范围以及更灵活的设计方案。由于其良好的机械以及电气特性，周期性漏波天线被应用于毫米波波段。而近几年提出的基片集成镜像介质波导作为一种半开放平面介质波导，具有低损耗，加载结构后易于辐射的特性，适合于周期性漏波天线的设计。基片集成镜像介质波导的基本结构及俯视图如图1所示。其主要由中心传输带11，打孔区域12，以及金属地板13组成，为减小传输损耗，一些基片集成镜像介质波导还在介质基板与金属层之间插入相对介电常数较低的介质板15。

目前的平面周期性漏波天线，主要基于微带线、共面波导等平面导波结构。文献[1](A.Patrovsky and K.Wu,"Substrate Integrated Image Guide Array Antenna for the Upper Millimeter-Wave Spectrum,"IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.55,no.11,pp.2994-3001,Nov.2007)、文献[2](Y.J.Cheng,Y.X.Guo,X.Y.Bao and K.B.Ng,"Millimeter-Wave Low Temperature Co-Fired Ceramic Leaky-Wave Antenna and Array Based on the Substrate Integrated Image Guide Technology,"IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.62,no.2,pp.669-676,Feb.2014.)、文献[3](Y.J.Cheng and Y.X.Guo,"60-GHz substrate integrated imaging guide leaky-wave antenna on LTCC,"2013IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium(APSURSI),Orlando,FL,2013,pp.2141-2142.)中提供了基于基片集成镜像介质波导结构的漏波天线，它们分别是采用多层PCB工艺以及低温共烧陶瓷工艺(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)加工实现的。文献[1]中介绍了基于多层PCB工艺加工的基片集成镜像介质波导天线阵列，通过在其上表面加载金属贴片辐射单元进行辐射，12个单元的阵列在中心频率94GHz处增益为11dBi，效率约为50％，波束随频率变化为2^。/GHz。文献[2-3]中介绍了几种基于LTCC工艺加工实现的基片集成镜像介质波导天线，这几种天线分别在在V波段和W波段内工作，具有10dBi以上的增益且可实现波束随频率改变而扫描。然而由于这两种天线加工工艺相对复杂，天线的实现具有一定的难度。加工过程中层与层之间的位置误差以及间隙会产生能量泄露，造成一定的损耗，使得天线效率较低。

为了克服基片集成镜像介质波导漏波天线的加工困难，减小其层间误差，促进其广泛应用，采用普通PCB工艺加工基片集成镜像介质波导漏波天线成为一种可能方案。普通PCB工艺是通过直接在单层覆有铜皮的介质基板上打孔加工基片集成镜像介质波导，这样的加工方式使基片集成镜像介质波导打孔区域下的铜皮部分也存在通孔，其结构与俯视图如图2。它包括中心传输带11，打孔区域12，以及金属地板13。在加工相应漏波天线时，只需部分移除其上表面铜皮，使之成为漏波天线的加载结构即可。这种加工方法可以有效避免上述两种加工方法所存在的层间位置误差造成的损耗，同时忽略层间间隙造成的能量泄露。然而由于打孔区域下的铜皮也存在孔洞，造成了部分能量从这些孔洞处泄露，造成相应传输特性的变化。因此，采用适当的方案，减少这部分损耗，从而使利用普通PCB工艺加工的基片集成镜像介质波导漏波天线拥有更好的性能，是非常值得研究的。