本发明设计一种反射阵列天线技术，特别是一种基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线。
背景技术：
在雷达和卫星通讯系统中，反射阵列天线是一种非常重要的技术，用来实现信号的发射和接收，同时天线还具有高增益，小体积，轻重量的特性，可以应用在目标侦测和通信领域。相对于抛物面天线而言其结构简单，加工方便，成本低廉，体积较小；相对于平面阵列天线而言，反射阵列天线采用空馈技术避免了复杂的馈电网络带来的损耗所导致的较低的天线效率。但是，传统的反射阵列天线存在着交叉极化较高，而且天线效率比较低的问题。近年来，基于介质集成波导技术在微波元器件中得到了快速的发展，特别是对基于介质集成波导的缝隙天线，人们提出了许多不同的设计方法，这类型的天线在很大程度上都具有较好的交叉极化，特别是对于基于介质集成波导的谐振型纵向缝隙天线阵列而言。
基于介质集成波导的缝隙天线大院具有减小交叉极化、提高天线效率等优点，可以有效地提高极化纯度，实现高效率的反射阵列天线。但是现有技术中尚无将基于介质集成波导的缝隙天线运用到反射阵列天线单元的相关报道。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于介质集成波导缝隙天线单元的反射阵列天线，它能具有较低的交叉极化和较高的效率下实现高增益的天线性能。
一种基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线，包括若干个呈周期性排列的介质集成波导缝隙天线单元，每个介质集成波导缝隙天线单元均包括从上至下依次粘连在一起的上层金属层、上层介质基板、中间金属层、下层介质基板、下层金属层，每个介质集成波导缝隙天线单元还包括上层介质集成波导和下层介质集成波导。其中上层金属层和中间金属层上分别设置上层辐射缝隙和中层耦合缝隙且缝隙间相互垂直设置且均偏离各自所在层所平行的中心线且关于各自所在层所垂直的中心线对称设置，上层介质集成波导若干均设置于上层介质基板中且每一上层介质集成波导上、下两端分别与上层金属层和中间金属层相连接，上层介质集成波导金属通孔成等间距排列，下层介质集成波导若干均设置于下层介质基板中且每一下层介质集成波导上、下两端分别与中间金属层和下层金属层相连接，下层介质集成波导金属通孔成等间距排列，与中层耦合缝隙相距较远的一边的下层介质集成波导距中层耦合缝隙的间距可调以改变下层介质集成波导的长度，所述介质集成波导缝隙天线单元中下层介质集成波导的长度间不完全相同。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)本发明提出的基于介质集成波导缝隙天线单元，可以在灵活的实现超过360°线性相位变化；(2)本发明提出的基于介质集成波导缝隙天线单元，能够实现单元之间较低能量的耦合；(3)本发明提出的基于介质集成波导缝隙天线单元，能够实现天线单元低于-60db的交叉极化；(4)本发明提出的基于介质集成波导缝隙天线单元能够实现具有较高灵敏度的相位调节；(5)本发明提出的基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线能够实现低于-40db的天线交叉极化；(6)本发明提出的基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线，采用双面微波介质板，结构简单，加工容易，成本和重量都相对较小，因而可以大规模生产。
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线的俯视图。
图2为本发明基于介质集成波导缝隙天线单元的三维图、俯视图和侧视图，其中图(a)为三维图，图(b)为俯视图，图(c)为侧视图。
图3(a)为本发明基于介质集成波导缝隙天线3*3阵列的俯视图。
图3(b)为图3(a)中一个单元的结构示意图。
图4为本发明基于介质集成波导缝隙天线3*3阵列的反射系数和传输系数示意图。
图5为本发明基于介质集成波导缝隙天线单元在不同下层介质集成波导长度下的相位变化曲线示意图。
图6为本发明基于介质集成波导缝隙天线单元在不用频率下的损耗值和交叉极化电平示意图，其中图(a)为损耗值示意图，图(b)为交叉极化电平示意图。
图7为本发明基于介质集成波导缝隙天线单元在不同入射角度情况下相位随频率的变化情况示意图。
图8为本发明基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线在30ghz情况下e面和h面的仿真和测试得到的归一化辐射方向图。
图9为本发明基于介质集成波导缝隙天线的放射阵列天线的增益曲线示意图。
具体实施方式
结合图1和图2，一种基于介质集成波导缝隙天线单元的反射阵列天线，包括若干个呈周期性排列的介质集成波导缝隙天线单元1，每个介质集成波导缝隙天线单元1均包括上层金属层2、上方介质基板3、中间金属层4、下层介质基板5、下层金属层6、上层辐射缝隙7、上层介质集成波导8、中层耦合缝隙9和下层介质集成波导10。上层金属层2印制在上层介质基板3的上表面，中间金属层4印制在上层介质基板3的下表面和下层介质基板5的上表面。下层金属层6印制在下层介质基板5的下表面。上层介质集成波导8插入上层介质基板3中，下层介质集成波导10插入下层介质基板5中。上层介质集成波导8的上下端分别与上层金属层2和中间金属层4相连接，下层介质集成波导10的上下端分别与中间金属层4和下层金属层6相连接。介质集成波导8，10的金属通孔成等间距排列。上层辐射缝隙7和中层耦合缝隙9间相互垂直设置且均偏离各自所在层所平行的中心线且关于各自所在层所垂直的中心线对称设置。下层介质集成波导10的金属通孔与边缘的间距13是可以调节的。
所述上层介质集成波导8围成的面积应当保证实现天线的工作频率。
所述上层辐射缝隙7偏移两影响阻抗的匹配。
所述中层耦合缝隙9偏移量影响能量耦合。
所述介质基板3的介电常数εr为1～10.2，厚度22为0.01λ～0.2λ，其中λ为自由空间波长。
金属通孔的直径18都相等，均为0.1～0.5mm，通孔之间的间距19为金属通孔直径的2～4倍。介质集成波导缝隙天线单元为长宽相等的结构，边长为0.4λ～λ。上层辐射缝隙17和中间耦合缝隙的宽度20为0.1mm-0.6mm，长度1521为0.4λg～0.6λg，其中λg为波导波长。辐射缝隙偏离中心线的间距16为0.05mm～1mm，耦合缝隙偏离单元边缘的间距12大小为0.2mm～1mm，下层介质集成波导的长度13的大小为0mm至介质集成波导缝隙天线单元1的边长，通过调节下层介质集成波导的长度可以得到具有不同相位的天线单元。
所述上层介质集成波导8相邻金属通孔间的间距与下层介质集成波导10相邻金属通孔间的间距可相同也可不同。
下面结合实施例对本发明的具体装置的细节及工作情况进行细化说明。
结合图1和图2，该反射阵列天线，由若干个呈周期性排列的介质集成波导缝隙天线单元1组成，每个介质集成波导缝隙天线单元1由9个部分组成，包括上层金属层2、上方介质基板3、中间金属层4，下层介质基板5，下层金属层6，上层辐射缝隙7，上层介质集成波导8，中层耦合缝隙9和下层介质集成波导10.其中介质基板3的介电常数εr为2.2，厚度22为0.508mm，金属通孔的直径18都相等，均为0.3mm，通孔之间的间距19为金属通孔直径为0.83mm。介质集成波导缝隙天线单元为长短相等结构，它的边长为5mm。上层辐射缝隙17和中间耦合缝隙的宽度20为0.2mm，长度分别为1521为4.5mm和4mm。辐射缝隙偏离中心线的间距16为0.2mm，耦合缝隙偏离单元边缘的间距12大小为0.4mm，下层介质集成波导的长度13的大小为0mm至介质集成波导缝隙天线单元1的边长，通过调节下层介质集成波导的长度可以得到具有不同相位的天线单元。
结合图3和图4，可以得到，天线单元的回波损耗s11小于-10db的带宽为29.5-30.5ghz，在这个频带内，天线中心与周围单元单元之间的耦合系数s21，s31，s41，s51，s61，s71，s81，s91均小于-15db。
结合图2和图5，在中心频点30ghz时，天线单元的反射相位谁介质集成波导的长度随线性变化，并且能够实现超过360度的线性相位变化，随着频率的变化，相位变化的线性度变差，特别是在较高频率点和较低频率点。
由图6可知，电磁波入射到介质集成波导缝隙天线单元，并且在此辐射出来后，在这一过程中，会产生低于0.8db的损耗，这主要是由于金属和介质损耗造成的。同时这个过程中会产生低于-60db的交叉极化。
由图7可以得到，当入射角度随频率由0度变化到30度时，斜入射对角度的影响是有限的，小于20度的相位误差会被引入。特别是对于小于30.5ghz的频率点，这个相位误差是相当小的，因此斜入射的影响基本上可以忽略。
结合图9可知，天线的仿真结果和加工实物的测试结果吻合的很好，受限于测试环境，小于大约-50db的归一化电平将无法测试出来，测得的天线副瓣电平在14db左右，交叉极化电平小于-40db。这主要与两个因素有关。一是天线本身具有很好的封闭性，沿着缝隙方向的地电场具有相等的幅度和相反的方向，他们能够相互抵消。另外由于缝隙的宽度相对于缝隙长度而言很小，不能够产生增强交叉极化的辐射场。
根据图9可以得到在29.2至31.2ghz的频率范围内，天线的增益下降了3db。天线可以实现24db最大增益和48％的口面效率。
由上可知，本发明的基于介质集成波导缝隙天线的反射阵列天线可以有效地实现低交叉极化和高的口面效率的辐射特性。