[发明专利]基于基片集成波导馈电的高增益低剖面环形天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及一种高增益低剖面环形天线，可用于机载雷达系统。

背景技术

在机载雷达系统中，为了不影响载体平台本身的气动特性与隐身特性，天线需要与载体平台共形，这就要求天线具有较低的剖面高度。而另一方面，为了增加雷达的探测距离，所采用的天线单元必须具有高增益的特性。

基片集成波导是由加拿大蒙特利尔大学的吴柯教授于2001年正式提出。基片集成波导可以满足于微波系统和微波器件集成化和小型化的需求，同时具有传统矩形波导相似的传输特性。利用基片集成波导技术馈电的天线可克服传统矩形波导的缺点，易于实现低剖面、高增益，并且可以利用传统PCB设计工艺将天线与微波电路集成于同一块介质基片中，设计成本低廉。

环形天线因为其高增益、设计简单的特点可以适用于雷达系统中。但是传统环形天线为双向辐射，若要实现其定向辐射必须增加反射板。传统环形天线的反射板多为平面金属反射板，当天线辐射电磁波相位与反射相位相同时，辐射方向场强最大，此时天线呈定向高增益特性。然而由于天线与反射板之间的距离相对较远，造成了天线的剖面偏高，不易与载体共形，难以直接应用于机载共形天线阵列中。所以，如何在保证环槽天线辐射特性不受影响的前提下，设计具有低剖面的高增益环槽天线单元，对于机载平台下的雷达系统有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述单纯引入平面金属反射板而造成环天线剖面较高的问题，提出一种基于基片集成波导馈电的高增益低剖面环形天线，以保证环槽天线辐射特性不受影响的前提下，降低天线剖面，实现与载体共形。

为实现上述的目的，本发明包括：辐射单元1、上介质板2、下介质板5、上金属层6和下金属层7；其中辐射单元1位于上介质板2的上表面上，上金属层6和下金属层7分别位于下介质板5的上下表面上，其特征在于：辐射单元1采用对称的双环结构；上金属层6上设置有矩形缝隙4，下介质板5上设置有金属化通孔阵列3和过渡结构8；该金属化通孔阵列3贯穿于上金属层6、下介质板5和下金属层7之间，并与它们共同构成基片集成波导馈电结构。

上述天线，其特征在于上金属层6印制在下介质板5上表面的左半部分，其形状和尺寸与上介质板2的形状和尺寸相同。

上述天线，其特征在于下金属层7，其形状和尺寸均与下介质板5的形状和尺寸相同。

上述天线，其特征在于对称的双环结构，是指任意一种封闭的对称几何形状。

上述天线，其特征在于矩形缝隙4开在上金属层6表面上，其与上金属层6的长边平行，且位于对称双环之间空隙的投影区域。

上述天线，其特征在于过渡结构8位于下介质板5上表面的右半部分，其由50Ω的微带线和渐变带相接组成，用于实现阻抗匹配。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)本发明由于采用了基片集成波导馈电结构，使得天线具有较低的剖面高度，约为该工作频率下波长的十五分之一；该馈电结构损耗小，易于扩展至毫米波段，且馈电简单，易于多个天线组成阵列。

2)本发明由于采用了对称的环形贴片作为天线辐射单元，使得天线结构简单紧凑。

3)本发明由于采用了上金属层作为该环形天线的平面金属反射板，使得该环形天线实现定向辐射，从而获得较高的增益。

4)本发明由于采用了50Ω的微带线和渐变带相接组成的过渡结构，实现了天线的阻抗匹配。

5)本发明由于通过了矩形缝隙使得基片集成波导可以为环天线馈电，减少损耗从而提高天线增益。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的剖面结构示意图；

图3是图1的俯视透视图；

图4是本发明的S参数曲线图；

图5是本发明x-z面和y-z面的增益方向图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对工作在X波段的本发明天线作进一步描述。