专利名称：毫米波四极化频率扫描天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可应用于毫米波无线通信系统和雷达探测等领域的多极化 频率扫描天线，属于毫米波天线设计和制造的技术领域。
背景技术：
在各种无线通信和雷达系统中，信息的发射与接受均依赖于天线。随着现代 大容量、多功能、超宽带综合信息系统的迅猛发展，同一平台上搭载的信息子系 统数量大大增加，所需要的天线数目也相应地增多。这与要求降低综合信息系统 整体成本、减轻重量、减小平台雷达散射截面、实现良好电磁兼容特性等的发展 趋势相矛盾。多极化天线即可以有效地解决这一矛盾，其可以根据实际应用的需 求动态地改变其工作的极化方式，从而提供极化分集以对抗多径衰落和增加信道
另一方面，频率扫描天线是一种实现多波束扫描的有效方法。其能生成若干 个高增益的波束来覆盖一定的角度空间，同时避免使用复杂的波束成型网络。漏 波天线是一类重要的频率扫描天线。同时，要实现多极化的扫描天线，对圆极化 波束的扫描必不可少。而对圆极化波束进行扫描非常困难，主要在于无法在较宽 的扫描范围内保证优良的轴比特性。我们发现，频率扫描技术可以很好的解决这 一问题。
如果我们把上述两种技术结合起来，形成既具有多个极化方式又具有波束扫 描功能的天线阵列，能显著地改善信噪比、降低误码率、扩大信道容量和节省发 射功率。这一系列的改进对于毫米波通信系统来说尤为重要。为了实现平面化的 集成电路结构，同时使其具有低损耗、低互耦、高。值的特性，我们选用基片集 成波导来设计整个电路。
发明内容
技术问题本发明的目的是提出一种毫米波四极化频率扫描天线，使其工作在毫米波波段。整个天线釆用基片集成波导进行设计，能直接与射频电路相集 成，具有损耗低，成本低，容易大批量生产等特点。
技术方案本发明的毫米波四极化频率扫描天线包括上层金属敷铜面、下层 金属敷铜面、介质基片、金属化通孔、基片集成波导90°定向耦合器、基片集 成波导16槽45。缝隙阵漏波天线、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线； 本发明中的毫米波四极化频率扫描天线为一平面电路结构，上层金属敷铜面、下 层金属敷铜面分别位于介质基片的正反两侧，金属化通孔穿过介质基片与上层金 属敷铜面、下层金属敷铜面相连接形成基片集成波导90°定向耦合器、位于该 天线中心线两侧的基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线、基片集成波导16 槽-45°缝隙阵漏波天线；基片集成波导90。定向耦合器的第一个输入口接毫米 波四极化频率扫描天线的第一输入端口、基片集成波导90°定向耦合器的第二 个输入口接毫米波四极化频率扫描天线的第二输入端口，基片集成波导16槽 45°漏波天线的一端与毫米波四极化频率扫描天线的第三输入端口相连，另一端 与基片集成波导90。定向耦合器的第一个输出口相连，基片集成波导16槽-45° 漏波天线的一端与毫米波四极化频率扫描天线的第四输入端口相连，另一端与基 片集成波导90°定向耦合器的第二个输出口相连。
上层金属覆铜面上的基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线的中心线上开 有16根与中心线夹角为45。的第一缝隙槽；基片集成波导16槽-45。缝隙阵漏 波天线中心线上开有16根与中心线夹角为-45°的第二缝隙槽。
从第一输入端口馈电，通过基片集成波导90°定向耦合器，将提供两路幅 度相等、相位差为90。的输入信号同时对16槽45。缝隙阵漏波天线和16槽-45 °缝隙阵漏波天线馈电，激励出极化方式为左旋圆极化的波束，其随工作频率的 变化，波束指向不同；从第二输入端口馈电，通过基片集成波导90°定向耦合 器，将提供两路幅度相等、相位差为-90°的输入信号同时对16槽45°缝隙阵 漏波天线和16槽-45°缝隙阵漏波天线馈电，激励出极化方式为右旋圆极化的波 束，其随工作频率的变化，波束指向不同；从第三输入端口馈电，只对16槽45 °缝隙阵漏波天线馈电，激励出极化方式为45°的线极化波束，且随工作频率 的变化，波束指向不同；从第四输入端口馈电，只对16槽-45°缝隙阵漏波天线 馈电，激励出极化方式为-45°的线极化波束，且随工作频率的变化，波束指向 不同。根据漏波天线的特点，其波束的指向随频率的变化而改变，故改变频率可以 产生连续的波束从而进行扫描，随工作频率的增加，扫描波束的指向朝漏波传播 的方向移动；本发明中的漏波天线将从两侧馈电，故缝隙阵漏波天线需设计为对 称结构，从漏波天线的两端分别进行激励时，其波束的指向关于法向轴对称，故 左旋圆极化、右旋圆极化的扫描范围和-45°线极化、45°线极化的的扫描范围 分别处于法向轴的两侧。
有益效果本发明具有以下优点
l:)能产生四个不同的极化方式，并且具有较好的极化隔离度。 2:)随频率的变化，波束的指向变化，实现较宽角度范围的扫描。 3:)圆极化波束在扫描范围内能保持较好的轴比。 4:)结构平面化、集成化。
5:)工作于毫米波频段时，损耗低、互耦小。
6:)其为印刷无源电路，与有源电路相比，可靠性和稳定性高、制作成本低、 功率容量大。
图1是毫米波四极化频率扫描天线结构示意图。
以上的图中有上层金属敷铜面l、下层金属敷铜面2、介质基片3、金属
化通孔4、基片集成波导90。定向耦合器5、基片集成波导16槽45°缝隙阵漏 波天线6、第一缝隙61、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7、第二缝隙 71、第一输入端口81、第二输入端口82、第三输入端口83、第四输入端口84。
具体实施例方式
本发明中的毫米波四极化频率扫描天线包括上层金属敷铜面1、下层金属敷 铜面2、介质基片3、金属化通孔4、基片集成波导90。定向耦合器5、基片集 成波导16槽45。缝隙阵漏波天线6、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线 7、输入端口81、输入端口82、输入端口83、输入端口84;上层金属敷铜面1、 下层金属敷铜面2分别位于介质基片3的正反两侧，金属化通孔4穿过介质基片 3与上层金属敷铜面1、下层金属敷铜面2相连接形成基片集成波导90°定向耦 合器5、基片集成波导16槽45。缝隙阵漏波天线6、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7;基片集成波导90°定向耦合器5的第一输入口接输入端口 81、基片集成波导90。定向耦合器5的第二输入口接输入端口82;基片集成波 导16槽45。缝隙阵漏波天线6和基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7需 设计为对称结构以便于从两侧馈电，在本发明中选用均匀分布的口径分布，基片 集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线6的上层金属覆铜面1中心线上开有16根 等间距与中心线夹角为45。的第一缝隙槽61，其一端与基片集成波导9(T定向 耦合器5的第一个端出口相连，另一端与输入端口 83相连，基片集成波导16 槽-45°缝隙阵漏波天线7的上层金属覆铜面1中心线上开有16根等间距且与中 心线夹角为-45°的第二缝隙槽，其一端与基片集成波导90°定向耦合器5的第 二个端出口相连，另一端与输入端口 84相连。
当从输入端口81馈电时，通过基片集成波导90。定向耦合器5，提供两路 幅度相等、相位差为90。的输入信号，同时对基片集成波导16槽45°缝隙阵漏 波天线6、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7馈电，激励出极化方式为 左旋圆极化的波束，波束指向随工作频率的变化在xoz平面内第二象限(x<0， z〉0)内扫描；当从输入端口82馈电时，通过基片集成波导90。定向耦合器5， 提供两路幅度相等、相位差为-90°的输入信号，同时对基片集成波导16槽45° 缝隙阵漏波天线6、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7馈电，激励出极 化方式为右旋圆极化的波束,波束指向随工作频率的变化在xoz平面内第二象限 (x<0， z>0)内扫描；当从输入端口83馈电时，只对基片集成波导16槽45° 缝隙阵漏波天线6馈电，激励出极化方式为45。的线极化波束，波束指向随工 作频率的变化在xoz平面内第一象限(x>0， z>0)内扫描；当从输入端口84 馈电时，只对基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线7馈电，激励出极化方式 为-45°的线极化波束，波束指向随工作频率的变化在xoz平面内第一象限(x >0， z>0)内扫描；从输入端口81、输入端口82、输入端口83、输入端口84 馈电，随工作频率的增加，波束的指向均朝漏波传播的方向移动。
在中心频率36GHz处实现四极化频率扫描天线。基片选用Rogers Duroid 5880，其介质常数为2.2，厚度1.5748历肌
实例的测试结果如下
从输入端口81激励，其产生左旋圆极化的波束。当工作频率从33GHz变到 39GHz时，其测得的增益分别为11.52dBi， 12. 13dBi， 12. 88dBi， 13.31dBi，13. 55dBi， 13.5dBi，和11.2dBi;波束指向分别为-46° ， -42° ， -37° ， -30° ， -24° ， -18° ，和-14° ;其半功率波瓣宽度可以覆盖从-49°到-11°的角度范 围；其波束指向处的轴比分别为4.2， 2.71， 1.76， 1.51， 1.66， 1.93，和2. 32。 从输入端口82激励，其产生右旋圆极化的波束，测试结果与从输入端口81 激励类似。
从输入端口83激励，其产生45°线极化的波束。当工作频率从33GHz变到 39GHz时，其测得的增益分别为2.92dBi， 13.53dBi， 14. OldBi， 14.78dBi， 14.85dBi， 14.8dBi，和12.5dBi;波束指向分别为46° ， 42° ， 37° , 30。， 24° ， 18° ，和14° ;其半功率波瓣宽度可以覆盖从48.5。到11.5°的角度范 围；其交叉电平分别为-18. 92dBi，-18. 53dBi，-19. 0固，-19. 78dBi，-18. 85dBi， -18. 8dBi，和-17.5dBi。
从输入端口84激励，其产生-45°线极化的波束，测试结果从输入端口83 激励类似。
权利要求
1. 一种毫米波四极化频率扫描天线，其特征在于上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)分别位于介质基片(3)的正反两侧，金属化通孔(4)穿过介质基片(3)与上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)相连接形成基片集成波导90°定向耦合器(5)、基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线(6)、第一缝隙槽(61)、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线(7)、第二缝隙槽(71)；基片集成波导90°定向耦合器(5)的第一个输入口接第一输入端口(81)、基片集成波导90°定向耦合器(5)的第二个输入口接第二输入端口(82)，基片集成波导16槽45°漏波天线(6)的一端与基片集成波导90°定向耦合器(5)的第一个输出口相连，另一端与第三输入端口(83)相连，基片集成波导16槽-45°漏波天线(6)的一端与基片集成波导90°定向耦合器(5)的第二个输出口相连，另一端与第四输入端口(84)相连。
2. 根据权利要求1所述的毫米波四极化频率扫描天线，其特征为上层金 属覆铜面(1)上的基片集成波导16槽45。缝隙阵漏波天线(6)的中心线上开 有16根与中心线夹角为45。的第一缝隙槽(61);上层金属覆铜面(1)上的基 片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线(7)中心线上开有16根与中心线夹角为 -45。的第二缝隙槽(71)。
全文摘要
毫米波四极化频率扫描天线涉及一种可应用于毫米波无线通信系统和雷达探测等领域的多极化频率扫描天线，该天线的上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)分别位于介质基片(3)的正反两侧，金属化通孔(4)穿过介质基片(3)与上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)相连接形成基片集成波导90°定向耦合器(5)、基片集成波导16槽45°缝隙阵漏波天线(6)、第一缝隙槽(61)、基片集成波导16槽-45°缝隙阵漏波天线(7)、第二缝隙槽(71)；其工作在毫米波波段。整个天线采用基片集成波导进行设计，能直接与射频电路相集成，具有损耗低，成本低，容易大批量生产等特点。
文档编号H01Q13/10GK101533960SQ200910030788
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者柯 吴, 伟 洪, 程钰间 申请人:东南大学