空间波长。
[0029] 所述SIW宽度为0. 5Ag~Ag，金属通孔半径R为〇.05A。~〇.25X。，金属通孔 间距d为2R~5R，其中Ag为介质基板I[Sl]、介质基板II[S2]、介质基板m[S3]、介质基 板IV[S4]、介质基板V[S5]、介质基板VI[S6]的介质有效波长，为介质基板I[S1]、介 质基板II[S2]、介质基板III[S3]、介质基板IV[S4]、介质基板V[S5]、介质基板VI[S6]中 SIW结构的截止波长。
[0030] 所述层间耦合缝隙I[14]边长W1为0? 1Ag~Ag，层间耦合缝隙II[15]、层间 耦合缝隙III[16]、层间耦合缝隙IV[17]、层间耦合缝隙V[18]均是由方形缝隙和长方形缝 隙组合而成的十字形缝隙，其中，长方形缝隙的长W3为0. 1Ag~Ag，宽W4为0. 01Ag~ 〇.5Xg，方形缝隙的边长W2为O.lAg~入g。
[0031] 所述SIW缝隙天线20中与天线缝隙长边垂直的方向为x方向，与天线缝隙长边 平行的方向为y方向，阵列x方向阵间距为0.25Ag~〇. 75Xg，y方向阵间距为〇. 25Ag~ 0? 75人g，SIW缝隙天线20缝隙19长W5为0? 1入g~人g，宽W6为0? 01入g~0? 5入g。
[0032] 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。
[0033] 实施例1
[0034] 结合图1、图2和图3,该二维波束扫描阵包括SIW缝隙天线20、介质基板I[S1]、 介质基板II[S2]、介质基板III[S3]、介质基板IV[S4]、介质基板V[S5]、介质基板VI[S6]、 金属层[M0]、金属层I[Ml]、金属层II[M2]、金属层III[M3]、金属层IV[M4]、金属层 V[M5]、金属层VI[M6]、两个Butler矩阵21和Butler矩阵控制网络22,Butler矩阵控 制网络22对上述两个Butler矩阵21进行控制。整个结构由六层介质基板（18层LTCC 介质层）组成，其中，每层介质基板介电常数\为为5.9,介质损耗角为0. 009,厚度H为 0. 288mm，约为0. 09X。（其中A。为94GHz处的自由空间波长），每层介质基板SIW传输结 构宽度a为1. 086mm，约为0. 34X。（其中A。为7. 7GHz处的自由空间波长）。
[0035] 结合图2,组成该二维波束扫描阵的3dB定向耦合器耦合缝隙长度W7为1. 5_，宽 度Ws是=0. 15mm，组成该二维波束扫描阵的OdB定向耦合器耦合缝隙长度W8为3. 05mm， 宽度Ws是=0? 15mm。
[0036] 结合图2(a)和（d)，所述层间耦合缝隙有两种，上下层能量同方向耦合传输的采 用层间耦合缝隙I[14]边长W1为0.8mm，层间耦合缝隙II[15]、层间耦合缝隙III[16]、层 间耦合缝隙IV[17]、层间耦合缝隙V[18]是由方形缝隙和长方形缝隙组合而成的十字形 缝隙，其中，长方形缝隙的长W3为1. 1mm，宽W4为0? 1mm，方形缝隙的边长W2为0? 8mm〇
[0037] 结合图3,所述的二维波束扫描天线阵，当Butler矩阵控制网络[22]中的四个移 相器值相移值分别为A，B，C，D时，SIW缝隙阵列[20]在两个维度上可得到的相位差的理论 值和移相器值的关系如表1所示，设置好A，B，C，D的值后，即可实现波束的扫描。实施例1 中，将A、B、C、D值设为0。
[0038]
[0039] 闭甘团4,该一班奴米《畑7C纨件从个HtW牺U八H、」，共住TO频竿处tfj回波损 耗在-20dB以下，能量在该结构内可以进行有效的传输。
[0040] 结合图5、图6和图7,该二维波束扫描天线阵从不同的端口输入时，可以在空间中 得到不同角度分布的波束，而且，每个波束增益在lldBi以上。由于该结构有8个端口，因 此，可以在空间得到8个不同指向的波束，可在空间中实现60°的全域覆盖。
[0041] 由上可知，本发明的基于SIW的二维波束扫描天线阵可以在两个维度上实现任意 角度的波束扫描。
【主权项】
1. 一种基于SIW的二维波束扫描天线阵，其特征在于，包括SIW缝隙天线[20]、介质基 板I[S1]、介质基板II[S2]、介质基板III[S3]、介质基板IV[S4]、介质基板V[S5]、介质基 板VI[S6]、金属层[M0]、金属层I[Ml]、金属层II[M2]、金属层III[M3]、金属层IV[M4]、金 属层V[M5]、金属层VI[M6]、两个Butler矩阵[21]和Butler矩阵控制网络[22]，Butler 矩阵控制网络[22]对上述两个Butler矩阵[21]进行控制； 所述介质基板I[S1]、介质基板II[S2]、介质基板III[S3]、介质基板IV[S4]、介质基 板V[S5]、介质基板VI[S6]从下至上依次叠加，介质基板I[S1]的下方设置金属层[MO]， 介质基板I[S1]和介质基板II[S2]之间设置金属层I[Ml]，介质基板II[S2]和介质基 板III[S3]之间设置金属层II[M2]，介质基板III[S3]和介质基板IV[S4]之间设置金属层 III[M3]，介质基板IV[S4]和介质基板V[S5]之间设置金属层IV[M4]，介质基板V[S5]和 介质基板VI[S6]之间设置金属层V[M5]，介质基板VI[S6]的上表面设置金属层VI[M6]; 金属层I[Ml]上开有层间耦合缝隙I[14]，金属层II[M2]上开有层间耦合缝隙II[15]，金属层III[M3]上开有层间耦合缝隙III[16]，金属层IV[M4]上开有层间耦合缝隙 IV[17]，金属层V[M5]上开有层间耦合缝隙V[18];其中层间耦合缝隙I[14]的结构为 方形，层间耦合缝隙II[15]、层间耦合缝隙III[16]、层间耦合缝隙IV[17]和层间耦合缝隙 V [18]的结构为十字形； 介质基板I[S1]、介质基板II[S2]的结构通过层间耦合缝隙I[14]进行能量传输， 介质基板II[S2]和介质基板III[S3]的结构通过层间耦合缝隙II[15]进行能量传输，介质 基板III[S3]和介质基板IV[S4]的结构通过层间耦合缝隙III[16]进行能量传输，介质基 板IV[S4]和介质基板V[S5]的结构通过层间耦合缝隙IV[17]进行能量传输，介质基板 V[S5]和介质基板VI[S6]的结构通过层间耦合缝隙V[18]进行能量传输； 介质基板VI[S6]上设置SIW缝隙天线[20]，两个Butler矩阵关于天线阵的中心线 对称设置，每个Butler矩阵均包括两个-45°移相器、两个90°移相器、四个3dB定向耦 合器和两个OdB定向耦合器，其中两个-45°移相器和两个3dB定向耦合器位于介质基板 II[S2]上，一个OdB定向親合器位于介质基板III[S3]上，两个3dB定向親合器位于介质基 板IV[S4]上，一个OdB定向親合器和两个90°移相器位于介质基板V[S5]上； Butler矩阵控制网络[22]包括四个3dB定向耦合器和四个移相器，每个3dB定向耦合 器均对应一个移相器，其中两个3dB定向耦合器和两个移相器位于介质基板II[S2]上，另 外两个3dB定向耦合器和另外两个移相器位于介质基板I[S1]上。2. 根据权利要求1所述的基于SIW的二维波束扫描天线阵，其特征在于，所述移相器为 等长不等宽的SIW结构。3. 根据权利要求1所述的基于SIW的二维波束扫描天线阵，其特征在于，每个Butler 矩阵均包括四个输入端口和四个输出端口，其中四个输入端口分别与Butler矩阵控制网 络的输出端口相连，该四个输入端口中有两个直接与位于介质基板II[S2]上的Butler 矩阵控制网络中的3dB定向耦合器和移相器相连，另外两个输入端口通过层间耦合缝隙 I[14]与位于介质基板I[S1]上的Butler矩阵控制网络中的3dB定向耦合器和移相器 相连；每个Butler矩阵的四个输出端口通过层间耦合缝隙V[18]与天线相连。4. 根据权利要求1、2或3所述的基于SIW的二维波束扫描天线阵，其特征在于，介质基 板I[S1]、介质基板II[S2]、介质基板III[S3]、介质基板IV[S4]、介质基板V[S5]、介质基 板VI[S6]的介电常数E1^均为2. 2~10. 2,厚度H均为0.001X~o.IA，其中A为自由 空间波长。5. 根据权利要求1、2或3所述的基于SIW的二维波束扫描天线阵，其特征在于，SIW宽 度为〇. 5Ag~Ag，金属通孔半径R为〇. 05A。~〇. 25X。，金属通孔间距d为2R~5R，其 中Xg为介质基板I[S1]、介质基板II[S2]、介质基板III[S3]、介质基板IV[S4]、介质基板 V[S5]、介质基板VI[S6]的介质有效波长，A。为介质基板I[S1]、介质基板II[S2]、介质 基板III [S3]、介质基板IV[S4]、介质基板V[S5]、介质基板VI[S6]中SIW结构的截止波长。6. 根据权利要求1、2或3所述的基于SIW的二维波束扫描天线阵，其特征在于，层间耦 合缝隙I[14]边长Wl为0.1Ag~入g，层间耦合缝隙II[15]、层间耦合缝隙III[16]、层间 耦合缝隙IV[17]、层间耦合缝隙V[18]均是由方形缝隙和长方形缝隙组合而成的十字形 缝隙，其中，长方形缝隙的长W3为0.IAg~Ag，宽W4为0. 01Ag~〇. 5Ag，方形缝隙的 边长W2为0? 1入g~入g。7. 根据权利要求1、2或3所述的基于SIW的二维波束扫描天线阵，其特征在于，SIW缝 隙天线[20]中与天线缝隙长边垂直的方向为X方向，与天线缝隙长边平行的方向为y方 向，阵列X方向阵间距为0? 25入g~0? 75人g，y方向阵间距为0? 25入g~0? 75人g，SIW缝隙 天线[20]缝隙[19]长W5为0? 1入g~入g，宽W6为0? 01入g~0? 5入g。
【专利摘要】本发明公开了一种基于SIW的二维波束扫描天线阵列，包括SIW缝隙天线、介质基板Ⅰ、介质基板Ⅱ等结构，与普通的二维波束扫描天线阵列相比，本发明通过改进二维波束扫描网络的逻辑框图，结合多组不同相移值的移相器的使用，使得在两个维度上均可以实现任意角度的波束扫描，每个波束的增益达到11dBi以上。此外，该结构采用LTCC工艺实现，利用LTCC的多层特性，将整体结构设计为多层的结构，层间通过缝隙进行能量的传输，有效地减小了整体结构的尺寸。
【IPC分类】H01Q9/04, H01Q21/24
【公开号】CN105186139
【申请号】CN201510640269
【发明人】车文荃, 杨亚洋, 杨琬琛, 范冲
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月30日