[发明专利]一种毫米波圆锥面共形基片集成波导缝隙阵列天线

说明书

技术领域

本发明属于共形天线技术领域，具体涉及毫米波圆锥面共形基片集成波导缝隙阵列天线。

背景技术

共形天线是一种和物体外形保持一致的天线，它要和预先规定的物体外形共形，这些形状可以是飞机、高速列车或者其他交通工具上的某些部位；目的是要建立一个能够和物体结构相融合，而又不会带来额外负担的天线。近几年提出来的基片集成波导结构几乎保持了微带线和波导的优点特性，一方面其具备波导结构的低插损和低泄漏辐射特性，另一方面又具备了微带线的低剖面特性；为毫米波共形天线的实现提供了契机。

近几年在共形基片集成波导缝隙阵天线的发展上，大多都是聚焦在圆柱面共形上面，有轴向圆柱面共形的基片集成波导缝隙阵天线和圆周方向圆柱面共形的基片集成波导缝隙阵天线。与平面基片集成波导缝隙阵天线一样，圆柱面共形的基片集成波导缝隙阵天线在传播方向上横截面保持不变，其横截面仅仅由平面上的矩形变为一个弧形；因而圆柱面共形的基片集成波导缝隙阵天线具有与平面基片集成波导缝隙阵天线一样的电磁波传播特性，即在传播方向上传播特性保持恒定；因此，如图5所示，圆柱面共形的基片集成波导缝隙阵天线具有与平面基片集成波导缝隙阵天线一样的等效电路，仅数值不同，进而传统平面设计方法可以直接用在圆柱面共形设计上。

然而其他形状的共形天线研究同样需要研究，锥面是另一个经典的共形表面，锥形表面特别适合应用于流线型机载设备、火箭和导弹等的鼻端，锥形表面提供了宽角覆盖和良好的空气动力特性，所有高速飞行的飞行器通常起始于一个圆锥形状的鼻端。因此，圆锥面的共形天线非常值得探索研究。

如上述所说，传统平面基片集成波导缝隙阵天线的等效电路以及设计方法在圆柱面共形设计上可以直接适用；然而，圆锥面共形与圆柱面共形以及平面设计具有本质的区别，圆锥面因其特殊的几何特性，将会导致共形基片集成波导的横截面在传播方向上发生变化，进而其传播特性将会随着在圆锥面上的位置变化而变化，其变化的传播特性将会导致传统平面的基片集成波导缝隙阵天线等效电路失效，传统平面设计方法不能直接用在圆锥面共形设计上，如图5所示。文献《Z.A and Y.J.Cheng,“Substrate integrated antenna conformal to 3D-printing cone,”2016IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on AdvancedMaterials and Processes for RF and THz Applications(IMWS-AMP),Chengdu,2016,pp.1-4.》中直接应用传统平面设计方法设计了一款圆锥面共形基片集成波导缝隙阵天线，因没有对其在圆锥面上变化的传播特性进行修正处理，其S参数和方向图仿真与测试结果发生了很大的误差。

基于此，本发明提供一种毫米波圆锥面共形基片集成波导缝隙阵列天线。

发明内容

本发明目的在于为了克服上述圆锥面共形基片集成波导缝隙阵天线设计中，因锥面特殊几何特性引发的基片集成波导内电磁波的传播特性的变化，从而导致的基片集成波导缝隙阵天线的传统等效电路以及设计方法失效的难题，提供一种毫米波圆锥面共形基片集成波导缝隙阵列天线；具体技术方案为：

一种毫米波圆锥面共形基片集成波导缝隙阵列天线，该天线设置于金属圆锥载体表面，由从下往上依次层叠的下金属覆铜层3、介质基板层2层及上金属覆铜层1构成，所述下金属覆铜层3上开设耦合馈电缝隙结构31，所述上金属覆铜层开设若干个天线辐射缝，所述介质基板层2中设置有若干个排布成四边形的金属化孔、以形成基片集成波导；其特征在于，所述基片集成波导的宽度与其所处金属圆锥载体横截面的半径r满足如下关系式：

其中β为基片集成波导中电磁波的传播常数，此值为定值；单位r(mm)、β(rad/m)。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种毫米波圆锥面共形基片集成波导缝隙阵列天线，该天线采用在圆锥面上宽度渐变的基片集成波导缝隙阵天线结构，通过基片集成波导宽度的变化来消除几何特性带来的传播特性变化，使圆锥面共形基片集成波导传播特性实现与平面以及圆柱面共形一样的效果，进而使传统平面基片集成波导缝隙阵天线的等效电路以及设计方法可以直接应用在圆锥面共形设计中，从而实现高效、精准的锥面共形低副瓣基片集成波导缝隙阵列天线设计。

附图说明

图1为实施例中毫米波圆锥面共形基片集成波导缝隙阵列天线整体示意图。