[发明专利]用于毫米波通信系统的慢波基片集成波导H面喇叭天线

说明书

本发明属于喇叭天线技术领域，公开了一种用于毫米波通信系统的慢波基片集成波导H面喇叭天线，由集成在第一介质基板、第二介质基板上的共面波导‑基片集成波导过渡、基片集成波导传输线、基片集成波导喇叭张角结构、慢波结构和阻抗匹配结构组成；慢波结构由穿过第二介质基板的金属化通孔阵列组成。本发明中的慢波结构降低了喇叭宽壁中心轴线周围的电磁波相速度，减小了电磁波在喇叭口径中心和边缘的相位差，能够在喇叭口径大小不变、增益不变甚至更高的前提下，缩短喇叭的纵向长度。

技术领域

本发明属于喇叭天线技术领域，尤其涉及一种用于毫米波通信系统的慢波基片集成波导H面喇叭天线。

背景技术

目前，最接近的现有技术：喇叭天线因其结构简单、增益高、功率容量大、加工简单等优点，广泛应用于雷达、遥感、卫星通信、射电天文等领域。然而，传统的金属喇叭天线体积大、重量重，不易与平面电路集成。近年来提出的基片集成波导具有尺寸小、成本低、重量轻、易于加工和集成的优点，基于基片集成波导设计的喇叭天线除了具有传统金属喇叭天线的优点外，还具有小型化、易集成的优势。设计喇叭天线通常需要遵循最优喇叭设计准则，即喇叭口径尺寸和喇叭纵向长度需要满足一定的关系以保证喇叭的增益最大。然而最优喇叭天线的纵向长度通常较长，为了解决这一问题，业界普遍采用的方法是在保持口径大小固定的前提下，直接增大喇叭张角，但这会增大喇叭相位中心到口径中心和口径边缘的波程差，使喇叭口径面的相位分布更加不均匀，口径效率和增益都会降低。目前已有的技术是在喇叭口径前加载透镜来矫正喇叭口径场相位分布，在缩短喇叭纵向长度后增加喇叭的增益，但是增加了天线的整体结构尺寸，天线尺寸的增加会降低天线与系统的集成度，不符合系统小型化集成化的趋势。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术在喇叭口径前加载透镜来矫正喇叭口径场相位分布，在缩短喇叭纵向长度后增加喇叭的增益，会增加了天线的整体结构尺寸。

解决上述技术问题的难度：在喇叭口径尺寸固定的前提下，为了保证喇叭天线拥有最大的口径效率和增益，喇叭的纵向尺寸需要满足最优喇叭设计准则。为了实现喇叭的小型化，提高系统的集成度，需要减小喇叭的纵向尺寸，但减小纵向尺寸带来的影响是降低了天线的增益。喇叭口径前加载透镜可以解决该问题，但是会增加天线的整体尺寸。因此解决上述技术问题的难度在于，在保证喇叭天线增益不变甚至更优且不需要额外在口径前增加透镜的前提下，缩小喇叭的纵向长度。

解决上述技术问题的意义：解决上述技术问题，有利于采用本发明作为天线的通信系统实现小型化和集成化，且不会降低系统的收发性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种应用于毫米波通信系统的慢波基片集成波导H面喇叭天线。

本发明是这样实现的，一种用于毫米波通信系统的慢波基片集成波导H面喇叭天线，所述用于毫米波通信系统的慢波基片集成波导H面喇叭天线由集成在第一介质基板、第二介质基板上的共面波导-基片集成波导过渡、基片集成波导传输线、基片集成波导喇叭张角结构、慢波结构和阻抗匹配结构组成；

所述慢波结构由穿过第二介质基板的金属化通孔阵列组成；慢波结构高度为0.508mm；金属化通孔阵列的规模为7行3列，每行相邻两金属化通孔间的距离为2.65mm，每列相邻两金属化通孔间的距离为1.15mm，金属化通孔的直径为0.42mm，自上而下，第一行慢波金属化通孔与慢波基片集成波导H面喇叭天线口径的距离为2.22mm。慢波结构可以降低喇叭宽壁中心轴线附近电磁波的相速度，使得喇叭口径上的相位分布趋于均匀，可以增加喇叭天线的增益。

进一步，所述共面波导-基片集成波导过渡一端是天线馈电端口，另一端与基片集成波导传输线相连。

进一步，所述共面波导-基片集成波导过渡由宽度线性增加的一条中心金属导带和两条耦合缝隙组成，中心金属导带的宽度最小为1.1mm，最大为2mm；耦合缝隙的宽度最小为0.15mm，最大为0.45mm，过渡连接的共面波导的特性阻抗为50Ω。