基于CSIW技术的共形超宽带H平面喇叭天线

基于csiw技术的共形超宽带h平面喇叭天线
技术领域
1.本实用新型涉及一种基于csiw技术的共形超宽带h平面喇叭天线，属于微波射频天线领域，应用于卫星广播、无人机探测等含有弯曲导体平台系统。


背景技术：

2.无线通信技术的迅猛发展以及雷达、预警、探测、导弹制导以及电子对抗等军事技术的不断进步，天线作为无线系统的核心部件也在不断发展。工业界和军工系统对天线的结构外形、性能参数、装配方式、尺寸大小等技术指标提出了新要求，高性能天线的潜在需求进一步推动了天线技术的进步和发展。天线的结构类型由传统的立体机械结构向平面结构、与载体平台共形的结构发展。
3.宽带天线技术，早期主要应用于军事领域，在雷达监测、反隐身技术、电子对抗等方面有突出的贡献。近年来，超宽带技术也逐渐被引入民用领域，在宽带通信、扩频通信、探地雷达、场的测量、电磁兼容等领域有着广泛的应用。随着无线通信业务种类的增加以及通信容量的提高，为了满足各种商用和军用无线设备的发展要求，人们对重量轻、结构灵活、剖面低且易于集成的天线需求也变得强烈。虽然一些传统的天线能实现超宽带特性和稳固的增益，但是为了适应未来无线通信的发展，天线不仅要追求宽频带的特性，同时还要兼顾到小型化，极化和带内方向图稳定性等诸多问题。现代卫星广播、手机平台的通信系统、无人机探测系统等等越来越倚重于低剖面、宽带天线。因此，探索和发展超低剖面宽带天线的结构和机制，研究和解决适合弹载、机载的共形超宽带天线在设计和测试上的关键技术具有重要的科学意义和工程应用价值。
4.喇叭天线以其具有较宽的阻抗带宽、增益适中、结构简单等诸多优点而得到广泛应用。在过去的几年里，基于siw技术的h平面喇叭天线，由于其外形剖面较低、结构平坦而引起人们的关注，并且已经取得了很大的发展。近几年来，波纹基片集成波导(csiw)技术引起了人们的兴趣。传统矩形波导可以通过csiw技术实现平面结构，更好地兼容现有的平面加工技术，这一特性使得csiw技术结合了传统金属波导和平面波导的优点。csiw技术与siw技术相比，性能相关，结构更简单且更容易实现。由于siw缺陷根源是其金属通孔，因此csiw摒弃了这一结构，取而代之是长度为四分之一波长微带枝节。csiw最大特点就在于其两侧枝节，用枝节结构来代替原有siw金属通孔并等效为相应电壁。这样就可以将电磁波有效地限制在传输内部，防止其向外泄露。同时我们也要注意到微带枝节加工要远比siw金属通孔方便。综上所述，csiw在保留了siw传输特性同时，更易加工，并且比siw更加适合加载有源器件。


技术实现要素：

5.本实用新型为了解决现有技术中存在的问题，提供一种具有更高的增益且能共形于弯曲导体表面的共形超宽带h平面喇叭天线。
6.为了达到上述目的，本实用新型提出的技术方案为：一种基于csiw技术的共形超
宽带h平面喇叭天线，包括介质基板和贴合在介质基板顶面的金属贴片，所述金属贴片包括50ω的微带线、微带线到csiw的过渡部、csiw结构及带有圆弧形口径的h面喇叭天线；所述金属贴片和介质基板弯曲呈弧形。
7.对上述技术方案的进一步设计为：所述金属贴片沿圆弧形口径开设有若干第一通孔，所述第一通孔贯穿金属贴片和介质基板。
8.所述介质基板前端在靠近喇叭口径处开设有第二通孔。
9.所述微带线的末端与介质基板的边缘之间设有缝隙，所述缝隙上开设有半圆柱型孔；所述半圆柱型孔用于与sma接头连接。
10.所述csiw结构包括设置于金属贴片两侧的四分之一波长微带短截线，金属贴片的过渡部和喇叭天线的展开部均设有微带短截线。
11.所述介质基板选用厚度为3.175 mm，介电常数为2.2的rogers 5880。
12.与现有技术相比，本专利具有如下优点：
13.（1）csiw技术采用长度为四分之一波长的开路微带短截线来替代siw结构中的金属通孔，较现有天线具有更简洁的结构和更优异的性能，能实现结构的弯曲，共形于弯曲导体表面。
14.（2）通过对金属贴片和介质基板挖设通孔提高天线增益，较现有天线具有更高的增益。
15.（3）本发明采用圆弧形口径平滑喇叭口径与自由空间的凸变，并提高天线辐射方向图的前后比，实现具有稳定方向图的宽带h面喇叭天线。
16.（4）本发明选用厚度为3.175 mm，介电常数为2.2的rogers 5880作为介质基板，采用csiw技术，实现6.4-18 ghz的工作带宽（vswr《2），较现有天线具有更薄的厚度和更宽的带宽。
17.（5）本发明设计的天线能扩展到高频阶段使用。。
附图说明
18.图1为csiw几何结构示意图；
19.图2为csiw结构的传输特性图；
20.图3为基于csiw技术的共形h面喇叭天线结构图；
21.图4为基于csiw的共形h面喇叭天线的驻波比图；
22.图5为基于csiw的共形h面喇叭天线的增益结果图；
23.图6为天线远场归一化方向图；
24.图7为天线方向图的旁瓣电平和前后比图。
具体实施方式
25.下面结合附图以及具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例
26.图1为csiw天线的几何结构示意图图，天线由微带、微带到csiw的过渡和csiw结构。图2为该结构天线的传输特性图。
27.图3（a）为本实施例的基于csiw技术的共形超宽带h面喇叭天线结构图，所述的共形超宽带h面金属贴片包括50ω的微带线、微带线到csiw的过渡部、csiw结构以及圆弧形口径h面喇叭天线，圆弧形口径h面喇叭天线包括两相交的圆弧。图中具体参数为w=80mm，l=80mm，h1=3.175mm，h2=1mm，lg=0.4mm，l1=10mm，l2=5mm，l3=15.2mm，l4=24.8mm，l5=6.87mm，l6=6mm，ls=8mm，w1=10mm，w2=17mm，w3=52mm，w4=6mm，w5=6mm，ws=0.8mm，wg=1.5mm，r1=66mm，r2=1mm，r3=60mm。
28.本实施例的共形超宽带h面喇叭天线采用同轴线进行馈电，两者之间通过sma 接头连接；在微带线的末端与下方介质极板的边缘之间设有一个缝隙，在所述缝隙上开设有一个半圆柱型孔；该半圆柱型孔的直径与sma接头的介质层的直径的大小匹配，用于与sma接头连接。
29.本实施例采用1/4波长的微带短截线替代siw结构中的金属柱子，金属贴片的过渡部和喇叭天线的展开部两部分均设有四分之一波长微带短截线，并通过上述两部分形成电壁。从而能实现结构的弯曲，使金属贴片和介质基板均弯曲呈弧形，如图3（b）所示，能共形于弯曲导体表面。
30.根据喇叭天线轴向长度和口径长度之间的经验公式，得到最优的增益。在轴向长度一定的情况下计算出口径长度。
31.采用圆弧形喇叭口径实现低剖面口径天线与自由空间的平滑过渡，获得宽频带并提高辐射方向图前后比。
32.本实施例中金属贴片沿圆弧形口径开设有若干第一通孔，第一通孔贯穿金属贴片和介质基板，介质基板前端在靠近喇叭口径处开设有第二通孔。通过对介质基板和喇叭天线开设上述第一、第二通孔提高了天线增益并且改善了天线的阻抗匹配。
33.图4为基于csiw的共形h面喇叭天线的驻波比图；图5为基于csiw的共形h面喇叭天线的增益结果图；图6为天线远场归一化方向图；图7为天线方向图的旁瓣电平和前后比图，从上述附图中可看出本实施例的基于csiw技术的共形超宽带h面喇叭天线结构图各项数据均优于现有csiw天线。
34.本实用新型的技术方案不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本实用新型要求保护的范围内。