[发明专利]一种基于可变波前的新型宽波导馈电结构

说明书

本发明公开了一种基于可变波前的新型宽波导馈电结构，由基于具备平行的两层导体平面构成的传输结构，电磁波在两层导体之间传播，整个馈电网络结构由波导阵列端口、椭圆形反射面和漏波缝隙阵列辐射区域构成。整个馈电网络通过波导阵列端口与整个系统电路部分相连，波导端口的相位中心位于椭圆形反射面的一个焦点上，辐射区域的相位中心位于椭圆形反射面的另一个焦点上。本发明能够改变馈电电磁波的传播方向与波前，同时维持相位中心的相对稳定。从而在结合缝隙阵列使用时，使天线具备连续扫描能力的高集成度、高可靠性的毫米波高频段二维扫描能力。

技术领域

本发明涉及天线与微波技术，特别是一种基于可变波前的新型宽波导馈电结构。

背景技术

近年来，随着传统低频带资源的逐渐紧张，对更高频段的开发应用已经成为迫切的需要。其中毫米波高频段，如E波段、W波段等，由于其具有较宽的可利用频谱范围、更易实现窄波束、具备全天候工作能力和良好的设备小型化潜力优势，不论在通信还是探测领域都具备及其广阔的应用前景。

作为毫米波高频段应用中的重要组成部分，很多应用场景都对天线系统的性能，如增益、小型化、指向性和扫描能力等，提出了较高的要求。然而当面向毫米波高频段应用时，天线系统面临在器件、加工工艺及成本上的诸多限制和挑战。特别是对于高指向性的二维扫描应用需求，如点对点通信、分辨率雷达等领域，传统方案多采用没有扫描能力的宽波束天线作为单元组阵，如微带天线、Vivaldi天线等，并通过二维多通道馈电，实现相控扫描。然而当面向毫米波高频段的应用时，出于避免栅瓣出现的需求，天线单元间隔很小，且毫米波高频段存在加工精度要求高和损耗大的挑战，因此两维馈电面临结构复杂、散热困难、可靠性和可维修性差、技术不成熟、成本较高等劣势，直接影响天线系统的性能、可靠性和使用寿命。

以波导缝隙天线为代表的漏波天线，可以通过调整工作频率获得一维频扫能力。按照理论可知，如果改变馈电电磁波的传播方向，使其与缝隙存在一定的夹角，可以提供另一个维度的扫描能力。因此，对于一组缝隙阵列，如何设计馈电结构，针对漏波天线的特性，能够改变馈电电磁波的波前和传播方向，同时维持相位中心的相对稳定，成为需要解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种能够改变馈电电磁波的传播方向与波前，同时维持相位中心的相对稳定。从而在结合缝隙阵列使用时，使天线具备连续扫描能力的高集成度、高可靠性的毫米波高频段二维扫描能力的基于可变波前的新型宽波导馈电结构。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种基于可变波前的新型宽波导馈电结构，包括基于平行平板波导结构、一个椭圆形的反射面以及位于椭圆形一个焦点的波导端口阵列和漏波辐射阵列，所述基于平行平板波导结构由上下两面金属及中间的介质层构成，电磁波在两层金属之间的介质层传播，所述漏波辐射阵列的相位中心位于椭圆形的另一个焦点处。

所述电磁波由波导端口阵列馈入，经椭圆形的反射面反射，传播至椭圆形的另一焦点处，并经过漏波辐射阵列辐射至自用空间。

通过改变自波导口馈入的电磁波的传播方向，在经过椭圆形的反射面反射后，实现改变传播至漏波辐射阵列的波前与传播方向的功能。

通过改变传播至漏波辐射阵列的电磁波传播方向，实现波束扫描功能；并通过与漏波天线的频扫功能相结合，实现通过较少端口实现低成本二维波束扫描功能。

所述基于平行平板波导结构采用的基材为0.508mm厚的罗杰斯3003基板，馈电阵列为四端口的波导端口阵列，相邻端口间距为1.5mm，所述漏波辐射阵列采用的是13条平行的横向长缝阵列。