[发明专利]三维蜿蜒基片集成波导近场聚焦扫描漏波缝隙阵天线

说明书

本发明一种三维蜿蜒基片集成波导近场聚焦扫描漏波缝隙阵天线，天线的整体形状为光滑曲面，曲面由至少两个以上的弧面连接而成，相邻弧面在相交处拥有同一个切平面，天线的两端为与光滑曲面相切的平面馈电结构；天线包括上、下两个金属覆铜层、两个金属覆铜层之间的介质基板层；上金属覆铜层上设有垂直贯穿上金属覆铜层的辐射缝隙，辐射缝隙在天线中心线左右两侧交错排布；介质基板层上设有金属化通孔，金属化通孔关于天线中心线两侧对称排布，以形成基片集成波导结构；本发明基于三维蜿蜒基片集成波导，将基片集成波导设计为蜿蜒形状实现了近场聚焦漏波天线的焦点大范围扫描，并克服了焦点在扫描中降低的难题，获得了焦点大范围等高扫描的性能。

技术领域

本发明属于近场聚焦领域，具体涉及毫米波三维蜿蜒基片集成波导近场聚焦扫描漏波缝隙阵天线。

背景技术

随着近场聚焦天线在微波毫米波成像、无线输能、门禁及射频识别等领域的广泛应用，对其扫描范围、扫描速率及性能提出了越来越高的要求。漏波天线作为一种常用的天线，具备频率扫描特性。该类型天线的基本工作原理是在天线终端加载匹配负载，使得器件工作在行波状态，通过调整天线单元的位置综合所需的相位分布，实现所需的方向图赋形。近年来得到广泛应用的基片集成波导，不仅具有波导结构的低插损和低泄漏辐射特性，还具有微带线的高集成度特性，为新兴的低剖面缝隙阵天线提供了良好的设计平台。

将具有频扫能力的基片集成波导漏波缝隙阵天线应用在近场聚焦扫描领域是一种很好的选择。但是相比于远场，由于近场聚焦领域的特殊性，其对传输结构的相位调控能力的要求更高。在近场聚焦赋形设计中，要求近场天线的口径相位需要满足平方律变化。其典型特征是，随着阵列的扩大，阵列口径所需的相位加速变化。这种平方律加速的相位分布对于传统传输结构是一大挑战。

现有技术用来实现漏波天线近场聚焦的方案一是对传输线宽度进行修正来改变其传播常数进而实现传播相位的设计(详见[1]-[2]：[1]J.L.Gómez-Tornero,F.Quesada-Pereira,A.A lvarez-Melcón,G.Goussetis,A.R.Weily,and Y.J.Guo,“Frequencysteerable two dimens ional focusing using rectilinear leaky-wave lenses,”IEEETrans.Antennas Propag.,vol.59,no.2,pp.407–415,Feb.2011.[2]A.J.Martínez-Ros,J.L.Gómez-Tornero,and G.Gouss etis,“Holographic pattern synthesis withmodulated substrate integrated waveguide line-sourc e leaky-wave antennas,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.61,no.7,pp.3466–3474,Jul.2013.)但是变动的传播常数将会对频率产生不同的响应，导致其焦点随频率扫描特性恶化，其在扫描领域的应用得到限制。方案二是对辐射单元间距进行调整(详见：S.Clauzier,S.A vrillon,L.Le Coq,M.Himdi,F.Colombel,and E.Rochefort,“Slotted waveguide antenna with a near-field focused beam in one plane,”IET Microw.Antennas Propag.,vol.9,no.7,pp.634–639,2015.)来实现相位调控，但是因为近场平方律相位加速特性，会导致阵列边缘的单元间距将会变得过大，无法满足近场聚焦的扫描需求。另外，以上两种方案，都存在扫描过程中因有效口径快速下降导致的焦点高度降低的现象，均无法实现大范围等高扫描。