[发明专利]一种用于近场二维扫描的基片集成波导漏波缝隙阵天线

说明书

本发明提供了一种用于近场二维扫描的基片集成波导漏波缝隙阵天线，介质基板层内有位若干排单排金属化通孔线列和与之相连的双排金属化通孔线列，单排金属化通孔相邻两排间距各不相同以产生馈电相位差，双排金属化通孔相邻两排之间宽度均相同，上金属覆铜层上开设有垂直贯穿上金属覆铜层的若干排缝隙，其中各排缝隙的缝隙位置各不相同，上下交错排布形成三角结构，沿天线馈电端到匹配端方向，相邻单个辐射缝隙之间的间距逐渐减小，以产生近场聚焦所需相位分布，本发明通过缝隙位置实现了近场二维天线阵面的口径相位的精确补偿，给出了近场二维扫描基片集成波导天线阵的设计过程，提出了一种三角排布的拓扑，可以抑制杂散辐射改善天线性能。

技术领域

本发明属于近场聚焦天线领域，具体涉及到毫米波近场二维扫描基片集成波导漏波缝隙阵天线。

背景技术

随着近场聚焦天线在微波毫米波成像、无线输能、门禁及射频识别等领域的广泛应用，对其扫描范围、扫描速率及性能提出了越来越高的要求。

相控阵天线能够实现二维扫描满足近场应用的扫描速率要求，但是因其复杂的结构和高昂的成本不适用于毫米波或更高频段。为实现高频高速近场二维扫描，将一维频率扫描和一维相位扫描结合是一种有效形式。将频扫和相扫结合的近场二维扫描体制对毫米波近场二维扫描天线阵的设计提出了以下要求：(1)不同于远场，如果利用E面和H面分别独立设计的方法综合近场二维天线阵面，对于大口径阵列天线会产生较大相位误差，需要对其综合方法做出修正。(2)在毫米波实现近场二维扫描，传统微带线等开放结构因其高插损特性已不适用，需要用封闭结构传输线作为设计载体。(3)为了实现近场二维扫描，需要将单根频扫天线在另一维度进行组阵，因此对频扫天线提出了宽度均匀的要求，并且为了确保天线的扫描性能，频扫天线的宽度不宜超过半个波长。(4)对于频扫天线，因其宽度被限制，只能通过天线单元位置来产生近场聚焦相位，会导致出现过大的单元间距，导致栅瓣和杂散辐射的出现，对阵列的栅瓣和杂散辐射抑制方法提出了挑战。

用来实现近场聚焦扫描的现有技术。方案一是通过弯折的微带线馈电网络结合多层板技术来实现的(详见:P.F.Li,S.W.Qu,S.Yang and Z.P.Nie,“Microstrip arrayantenna with 2-D steerable focus in near-field region,”IEEE Trans.AntennasPropag.,vol.65,no.9,pp.4607-4617,Sep.2017.)，但是传统微带线和多层板技术的高插损特性不适用于毫米波或更高频设计，并且该方案中将E面和H面分开独立设计的天线阵列综合方法将会在大阵列近场聚焦天线设计中产生较大的误差。方案二是对阵列宽度进行修正来综合近场聚焦相位(详见：A.J.Martínez-Ros,J.L.Gómez-Tornero,and G.Goussetis,“Holographic pattern synthesis with modulated substrate integrated waveguideline-source leaky-wave antennas,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.61,no.7,pp.3466–3474,Jul.2013.)，但是波动的传输线宽度将会对频率产生不同的响应，导致天线的频率扫描性能恶化，同时波动的宽度为另一维度的组阵设计增加了难度。方案三是对辐射单元间距进行调整来实现相位调控(详见：S.Clauzier,S.Avrillon,L.Le Coq,M.Himdi,F.Colombel,and E.Rochefort,“Slotted waveguide antenna with a near-fieldfocused beam in one plane,”IET Microw.Antennas Propag.,vol.9,no.7,pp.634–639,2015.)，但是因为近场平方律相位加速特性，会产生过大的单元间距，从而导致栅瓣和杂散辐射的出现，无法满足近场聚焦的扫描需求。