[发明专利]一种Ka波段高增益基片集成波导波纹天线及系统

说明书

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种Ka波段高增益基片集成波导波纹天线及系统。所述天线包括介质层、附着在介质层上表面的第一金属层和附着在介质层下表面的第二金属层；所述第一金属层、介质层和第二金属层上均开设有一个通孔，且通孔的形状相同，三个通孔的上下位置相对应；所述第一金属层上有若干个镂空的同心圆环；所述介质层上设置有金属过孔结构；所述第一金属层和所述第二金属层通过金属过孔结构连通。本发明还提供了一种天线系统，包括匹配波导、标准矩形波导和上述的天线；所匹配波导与所述第二金属层连接，所述标准矩形波导与所述匹配波导连接。本发明具有增益高、带宽宽、E面和H面主瓣波束宽度窄、交叉极化低等优点。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种Ka波段高增益基片集成波导波纹天线及系统。

背景技术

毫米波技术的快速发展，不论是在军事领域还是在民用领域，都有极大的应用前景。在军事领域中可以应用于星际间通信或中继、毫米波频段的保密通信和毫米波敌我识别系统等；而在民用领域可以应用于宽带多媒体移动通信系统、测量雷达、车船防撞、地形测绘、射电天文、以交互式大容量电视广播及卫星的毫米波链路系统等诸多方面。特别是近几年，5G通信技术逐渐普及，其高频段信号在传输路径中损耗比较大，需要高增益和高指向性的天线系统。

为了解决Ka波段天线的增益问题，现有技术中提出了一种金属波纹天线，其使用矩形波导缝隙馈电，并在缝隙周围使用直的金属凹槽，使得天线的方向图在E面实现了窄波束，而在H面依然是宽波束(具体参考文献：M.Beruete,I.Campillo,J.Dolado,J.Rodr′E.Perea,F.Falcone,and M.Sorolla,“Low-profile corrugated feederantenna,”IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.,vol.4,pp.378–380,2005.)为了减小方向图H面的波束宽度，现有技术中还提出了双层金属结构的波纹天线(具体参考文献：S.Alkaraki,Y.Gao,and C.Parini,“Dual layer corrugated plate antenna,”IEEEAntennas Wireless Propag.Lett.,vol.16,pp.2086–2089,2017.)。进一步的，现有技术中还提供了一种方案是使用圆形的金属凹槽技术，由全金属结构构成(具体参考文献：M.Beruete,I.Campillo,J.S.Dolado,J.E.Rodriguez-Seco,E.Perea,F.Falcone,andM.Sorolla,“Very low-profile”bull’s eye”feeder antenna,”IEEE Antennas WirelessPropag.Lett.,vol.4,pp.365–368,2005.)。在相关技术中，Ka波段天线具有增益低、带宽窄、体积大、重量重、不便加工的缺陷，该类天线的驻波、交叉极化、波束宽度、增益、频带宽度等指标很难同时达到理想状态，从而影响天线性能和应用范围。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于单层印制电路板(PCB)的准环形波纹技术的Ka波段高增益天线。该天线采用准圆弧型介质基片集成波导做为天线辐射单元，使用标准矩形波导馈电，可以实现天线的高增益、窄波束、高极化纯度的性能指标。具体技术方案如下：

一种Ka波段高增益基片集成波导波纹天线，所述天线包括介质层、附着在介质层上表面的第一金属层和附着在介质层下表面的第二金属层；

所述第一金属层、介质层和第二金属层上均开设有一个通孔，且通孔的形状相同，三个通孔的上下位置相对应；所述第一金属层上有若干个镂空的同心圆环；所述介质层上设置有金属过孔结构；所述第一金属层和所述第二金属层通过金属过孔结构连通。

优选地，所述金属过孔结构由两个关于介质层中心对称的子过孔结构组成，每一个子过孔结构由若干列扇形排列的金属过孔组成。

优选地，所述通孔的正面为矩形和位于矩形短边的两个半圆构成的组合形状。