一种可实现两维单脉冲功能的基片集成波导缝隙阵的制作方法

1.本发明涉及雷达天线领域，特别涉及一种基片集成波导有源相扫天线，主要应用于可实现两维单脉冲功能的有源相扫雷达。


背景技术：

2.和传统的矩形金属波导相比，基片集成波导同样有着良好的传播特性，而且这种结构易于集成，大大地减小了原有建立在波导基础上的阵列天线的尺寸、重量和价格，并且增强了制造过程中的可重复性和可靠性。基片集成波导缝隙阵列天线作为传统金属波导缝隙阵列天线的替代者，有重要的实际意义和广阔的应用前景。1997年，利用金属通孔阵列代替波导的宽边，然后在窄边上蚀刻缝隙，提出了最初的基片集成波导缝隙阵列的雏形。
3.2004年li yan等采用宽边纵缝形式成功实现了谐振式基片集成波导阵列天线，在设计siw—微带转换时采用了渐变线形式，逐渐变换至50欧姆微带传输线，随后国内基于siw的缝隙阵列天线基本采用类似这种形式开展研制工作。两维单脉冲天线具有提高目标测量精度方面的优势，两维单脉冲即可以在方位面、俯仰面形成和、差波束，但目前的论文、专利等很少有能够实现两维和、差波束的基片集成波导缝隙阵列。要实现两维和、差波束，首先要设计一种能够用于放置在siw中心的小尺寸不等功率功分器，目前公布的几种微带-基片集成波导馈电转换器大多只能被用来设计一端馈电的基片集成波导谐振式缝隙阵列，且当填充介质的相对介电常数变化、siw宽度变化或者频率偏移时，基片集成波导波长改变会导致缝隙辐射单元间距大于或小于的0.5倍的导波波长，进而引起该阵列的波束指向角发生改变、副瓣电平恶化，无法用于实现基片集成波导的h面和、差波束。


技术实现要素：

4.要解决的技术问题
5.为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种可实现两维单脉冲功能的基片集成波导缝隙阵。
6.技术方案
7.一种可实现两维单脉冲功能的基片集成波导缝隙阵，其特征在于包括左缝隙阵、右缝隙阵、内校准网络，所述左缝隙阵、右缝隙阵采用基片集成波导纵缝辐射单元,所述内校准网络构由两个垂直放置于左缝隙阵、右缝隙阵的末端的耦合基片集波导组成。
8.所述左缝隙阵、右缝隙阵，阵列中间引人一种新型不等功分的功率分配转换器，可以实现基片集成波导的中心同层馈电，同时可实现两侧端口的不等功率分配；功率分配转换器由同轴连接器的探针从背后穿过基片集成波导线阵中心位置与上层金属层连接，同轴连接器两侧分布有左金属电感柱、右金属电感柱，通过调节两个金属电感柱的位置可控制两个分支端口的功率分配比。
9.所述左缝隙阵与右缝隙阵沿y轴镜像排布，整个辐射阵面可分为四个象限，通过收发组件、两维单脉冲网络可实现两维和、差波束。
10.所述的内校准网络中同轴连接器的内芯穿过校准基片集成波导下层金属并与上层金属层连接，通过调节同轴连接器的内芯相对于校准基片集成波导的位置可实现馈电端阻抗匹配；校准基片集成波导的另一端为剩余功率吸收端，通过一个90
°
siw弯曲后连接一个siw-微带转换，将基片集成波导转换为100欧姆微带传输线后与100欧姆吸收电阻连接。
11.所述左缝隙阵与右缝隙阵均包含10个线阵。
12.有益效果
13.本发明提供的一种可实现两维单脉冲功能的基片集成波导缝隙阵，天线阵面采用宽边纵缝形式，分为左缝隙阵、右缝隙阵，线阵的中间馈电处引人一种新型的功率分配转换器，可实现基片集成波导缝隙阵列的同层小尺寸中心馈电及不等功率分配，这种设计降低天线的加工难度，可用于实现了低成本、低重量、高集成度的两维单脉冲有源相扫天线。
14.与现有技术相比，具有如下有益效果：
15.1、本发明的天线阵面采用基片集成波导宽边纵缝阵列，左、右阵列中心由同轴连接器直接馈电，且能够实现两维和、差波束；
16.2、本发明的功率分配转换器尺寸小，位于阵列正中心，在进行siw-同轴小尺寸转换的同时实现任意功分比输出；
17.3、校准检测网络与天线阵面印制在同一块pcb板上，结构简单，并能实现对每个收发通道的校准检测功能。
附图说明
18.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
19.图1表示本发明实施例的天线阵面平面图；
20.图2表示本发明左缝隙阵平面图；
21.图3表示本发明实施例的天线阵面方位面(h面)仿真方向图；
22.图4表示本发明实施例的实测方位面(e面)中心频率
±
40
°
范围扫描和、差方向图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
24.本发明提供的一种可实现两维单脉冲功能的基片集成波导缝隙阵，由左缝隙阵1、右缝隙阵2、内校准网络3构成，左缝隙阵1、右缝隙阵2均采用基片集成波导纵缝辐射阵列，内校准网络3由两个垂直放置于左缝隙阵、右缝隙阵的末端的耦合基片集波导组成，且与天线阵列在同一平面上集成设计。左缝隙阵与右缝隙阵沿y轴镜像排布，整个辐射阵面可分为四个象限，通过收发组件、两维单脉冲网络可形成和波束、方位差波束、俯仰波束，实现雷达的两维单脉冲功能。左缝隙阵1、右缝隙阵2的中间馈电处采用一种新型小尺寸的功率分配转换器11，在实现基片集成波导与同轴连接器转换的同时，又能够实现两侧端口的不等功率输出。功率分配转换器11中同轴连接器的探针111从背后穿过基片集成波导线阵中心位
置与上层金属层连接，同轴连接器两侧分布有左金属电感柱112、右金属电感柱113，通过调节金属电感柱的位置控制两个分支端口的功率分配比。这种设计方式可以在形成阵列h面和差波束的同时有效降低天线的设计、加工难度，为实现低成本、低重量、高集成度的两维单脉冲有源相扫天线提供一种依据。
25.为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
26.参见图1，本发明的天线阵面包括12条左缝隙阵1、12条右缝隙阵2、一个内校准网络3。左缝隙阵1、右缝隙阵2均采用基片集成波导纵缝辐射单元，每条线阵共有10个单元。所设计的天线线阵工作在9.7ghz，所以基片集成波导采用聚四氟乙烯介质板，介电常数为2.2，厚度为1.0mm，选择波导宽度为13.5mm，金属化通孔阵列的间距1.8mm，直径1mm。左缝隙阵1与右缝隙阵2沿y轴镜像排布，两个天线线阵共同在天线h面(即方位面)形成-25db泰勒幅度加权。整个天线阵面被x轴、y轴分为四个象限，通过收发组件、两维单脉冲网络可实现两维和、差波束。内校准网络3的两个耦合基片集波导分别垂直放置于左缝隙阵、右缝隙阵的末端，且与天线阵列在同一平面上集成设计，校准基片集成波导34的宽度为13.0mm，金属化通孔阵列的间距1.8mm，直径1mm；内校准网络3中同轴连接器的内芯31穿过校准基片集成波导34下层金属并与上层金属层连接，通过调节同轴连接器的内芯31相对于校准基片集成波导34的位置可实现馈电端阻抗匹配；校准基片集成波导34的另一端为剩余功率吸收端，通过一个90
°
siw弯曲33后连接一个siw-微带转换32，将基片集成波导转换为100欧姆微带传输线后与100欧姆吸收电阻连接。左缝隙阵1、右缝隙阵2靠近内校准网络3一侧的波导短路端通过取掉一个金属化通孔，使线阵中部分功率耦合到校准基片集成波导34中，调整金属化通孔间距可适当调节线阵与校准基片集成波导34耦合度至所需要的水平，本发明的耦合度设计为-35db左右，能够实现对收发通道的实时校准和检测功能。
27.参见图2左缝隙阵1、右缝隙阵2的中间馈电处采用一种新型的功率分配转换器11，该分配转换器11能够实现同轴-siw的转换功能，而且可以实现馈电两侧的不等功率分配，同时该转换器位于天线阵面同层且基本不占用线阵尺寸。功率分配转换器11中同轴连接器的探针111从背后穿过基片集成波导线阵中心位置与上层金属层连接，同轴连接器两侧分布有左金属电感柱112、右金属电感柱113，通过调节金属化电感柱的位置控制两个分支端口的功率分配比，可以满足馈电点两侧辐射缝隙的功率分配要求，进而可以实现天线h面(即方位面)和波束的低副瓣。采用这种同轴-siw功率分配转换器11设计的基片集成波导缝隙阵仅使用一层微带板即可实现。
28.参见图3，实施例的天线阵面方位面(h面)仿真方向图，可形成和、差方向图，和波束最大副瓣为-21.7db，差波束零值深度为-36db。
29.参见图4，实施例的实测方位面(e面)中心频率
±
40
°
范围扫描和、差方向图。从实测方向图中可以看出，中心频率在
±
40
°
的扫描范围内，方向图副瓣电平都能达到20db，差方向图零深能达到20db以上,扫描至40度范围增益较零指向仅下降2.5db左右，能够满足两维单脉冲有源相扫雷达的正常使用需求。
30.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。