[发明专利]W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线

说明书

本发明公开了一种W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，包括PCB板以及设置在PCB板上的馈电波导，所述PCB板的上层为辐射缝隙层，所述辐射缝隙层为金属覆层，并在金属覆层蚀刻出若干个呈矩阵形式排布的辐射缝隙作为阵列天线的辐射单元，沿辐射缝隙延展方向作为行，在每行辐射缝隙两侧设置贯穿PCB板的金属通孔，构成SIW；PCB板的中间层为介质基板；PCB板的下层为耦合缝隙层，所述耦合缝隙层为金属覆层，并在金属覆层蚀刻出多个耦合缝隙将底部馈电波导的能量耦合进每行SIW。本发明的W波段大规模圆口径高效率集成基片波导缝隙阵列天线具有结构紧凑、加工简单、体积小、成本低以及口径效率高等优势。

技术领域

本发明属于毫米波阵列天线技术领域，具体为一种W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线。

背景技术

毫米波段的电磁波在大气窗口(35GHz、94GHz、140GHz、220GHz)频点附近传播时具有反射小、衰减小、散射小等特点，并且面对频谱资源相对紧张的今天，目前对于相关频率的毫米波系统的研究就尤为重要，此类系统需要低成本、高效率、高增益的毫米波天线，对于一些特殊的应用往往还需要圆口径的天线阵面设计。

针对于94GHz即W波段的天线来说，如何实现高效率和低成本的设计至关重要。波导缝隙阵列天线因低损耗、效率高等优势是W波段天线设计的常用天线种类之一，但常规采用串馈结构的波导缝隙天线在设计大规模阵列时带宽过窄。与传统的波导缝隙阵列类似，间隙波导缝隙天线也具有效率高、损耗低的优点，且由于并馈网络的设计使其可以获得更宽的阻抗带宽，但间隙波导结构复杂，在毫米波段会导致加工难度大、成本高的缺点。反射阵天线无需馈电网络，具有成本低、损耗低、易于实现高增益的特点，但其体积过大，不适用于小型化的设计要求。微带天线具有低剖面、低成本的优点被广泛应用于各种天线设计中，但微带结构在毫米波段尤其是W波段的损耗太大，难以实现高效率。

SIW结合了平面线结构和非平面波导的优点，SIW低剖面、低成本、易于集成和低损耗的特点使其在毫米波段具有很大的应用前景。目前针对毫米波段SIW阵列天线的研究多集中于利用并馈网络的结构设计SIW阵列，这种结构可以很好地增加天线带宽，但在毫米波段随着阵列尺寸的增加损耗逐渐增大，导致天线效率降低，且不适用于圆口径的天线阵面设计。目前也有利用SIW高次模的设计来减少馈电损耗提高效率，但这种方法随着模次越高带宽越窄，难以实现大规模阵列设计。

因此现有的W波段阵列天线技术在设计大规模阵列时难以同时实现高效率、圆口径、低成本及较宽的带宽，难以满足某些W波段毫米波系统的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，用于解决现有技术在设计大规模W波段毫米波阵列天线时难以同时满足高效率、圆口径、低成本及较宽带宽的不足。

实现本发明目的的技术方案为：一种W波段大规模圆口径高效率SIW缝隙阵列天线，包括PCB板以及设置在PCB板上的馈电波导，所述PCB板的上层为辐射缝隙层，所述辐射缝隙层为金属覆层，并在金属覆层蚀刻出若干个呈矩阵形式排布的辐射缝隙作为阵列天线的辐射单元，沿辐射缝隙延展方向作为行，在每行辐射缝隙两侧设置贯穿 PCB板的金属通孔，构成SIW；PCB板的中间层为介质基板；PCB板的下层为耦合缝隙层，所述耦合缝隙层为金属覆层，并在金属覆层蚀刻出多个耦合缝隙将底部馈电波导的能量耦合进每行SIW。

优选地，所述馈电波导以耦合缝隙层作为其上波导壁。

优选地，所述馈电波导为金属腔体结构。

优选地，每行SIW的宽度相等，均等于耦合波导的波导波长。

优选地，天线阵面划分为4个关于阵面几何中心位置中心对称的区域，由馈电波导为每个区域进行馈电。