[发明专利]Ka波段基于基片集成径向谐振功分网络的微集成阵列天线

说明书

该发明公开了一种Ka波段基于基片集成径向谐振功分网络的微集成阵列天线，涉及微波/毫米波技术领域。本发明中的基片集成波导径向功分是在常用的矩形基片集成波导的基础上进行了改造，该结构最外的一圈沿圆周分布的金属通孔起到了传统的矩形基片集成波导两侧金属通孔相同的作用，有效地阻止了电磁波的泄漏；位于整个功分馈电网络最中间的是同轴电流输入探针，其外导体与第一层接地板相接触，内导体完全伸入第一介质基板，从整个馈电功分网络的背面进行馈电。其周围沿同一个圆周对称分布的八个金属通孔形成的输出探针将同轴电流探针输入的电流耦合向上传输，依次经过第一介质基板、第二接地板、半固化片、第二介质基板输送至最上层的均匀圆形阵列天线单元，实现等幅同相馈电。

技术领域

本发明涉及微波/毫米波技术领域，具体为一种Ka波段均匀圆形阵列天线的微集成结构。

背景技术

本发明提出的均匀圆形阵列天线微集成结构，是将阵列天线与功分网络相结合，通过贯穿整个结构的输出探针实现功分网络向阵列天线的馈电。目前国内外研究学者所提出的集成均匀圆形阵列天线大多通过改变微带线的长度和走线角度进行阻抗变换，使得相邻矩形贴片的馈电信号产生相位差或者是在均匀圆形阵列天线的输入端加入一系列RF组件，包括数字移项器等实现相移(M.Donelli,M.Manekiya,et al.Ultra-wideband antennaarray based on orbital angular momentum[C].2019 IEEE International Symposiumon Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting,Atlanta,2019)。前者要求精度十分高的加工工艺且加工费用较昂贵，如果出现一些微小偏差就会使得相位差发生变化导致产生的轨道角动量纯度不够。特别是当频段提升至毫米波段后，尺寸随之减小，上述结构的加工难度会进一步提升；后者系统组成复杂，集成度低，需要购置一系列设备，实施难度大。所述Ka波段微集成OAM阵列天线采用切角天线单元，通过基片集成径向谐振功分网络等辐同相馈电即可产生OAM模式，通过在输出端设计环形槽使输出探针与接地层产生电隔离方便进行金属过孔的加工和阻抗匹配，减小了计算工作量、结构尺寸以及加工误差对阵列天线的影响，有效降低了成本。

发明内容

针对上述结构存在的问题，为解决现有均匀圆形阵列天线结构中集成度低、加工工艺复杂以及成本高的问题，本发明提出了一种用于Ka波段的均匀圆形阵列天线，该结构中心频率为30GHz，将阵列天线与基片集成波导功分网络进行微集成，相较于其他结构，大幅缩小了整体体积，减少了阻抗匹配计算量，节约了大量成本。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

Ka波段基于基片集成径向谐振功分网络的微集成阵列天线，该结构为层叠结构，从下至上包括三层：径向馈电功分网络、半固化片层和均匀圆形阵列天线；

所述径向馈电功分网络包括由下至上依次层叠的第一接地层、第一介质基板、第二接地层。径向馈电功分网络的中心设置有输入探针，该输入探针依次穿过第一接地层、第一介质基板、第二接地层，并与第一接地层保持电隔离，与第二接地层连通；以输入探针为圆心设置有一圈均匀排布的圆形金属通孔，这些金属通孔使第一接地层与第二接地层连通；在金属通孔围成的圆圈内，以输入探针为圆心设置有8个输出探针，该输出探针与第一接地层连通，与第二接地层保持电隔离；

所述均匀圆形阵列天线包括第二介质基板和设置在第二介质基板上表面的8个切角贴片，这8个切角贴片分别对应与输出探针连接，且绕输入探针轴线成中心对称；所述切角贴片为切除了一组对角的矩形贴片，8个切角贴片的切角位置相同。