基于微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的低副瓣天线阵列的利记博彩app

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种基于微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的低副瓣天线阵列。

背景技术：

对于毫米波段，特别是60ghz以上的频段，传统微带线及共面波导线等平面传输线由于色散和介电材料的损耗，将产生较高的插入损耗，而传统的矩形波导和同轴传输线在毫米波段存在机加工技术复杂、成本高昂、集成度低的问题。

2009年，瑞典的p.-s.kildal教授发表在ieee天线及无线传播快报(awpl)2009年第8卷84-87页上的“平行金属板之间的间隙中的基于局部超材料的波导(localmetamaterial-basedwaveguidesingapsbetweenparallelmetalplates)”中提出间隙波导gwg(gapwaveguide)传输线技术，作为传统金属波导的演进，具有低传输损耗、低加工成本以及高集成度等特性，被广泛适用于毫米波系统。间隙波导主要分为以下三种形式：微带型间隙波导、脊型间隙波导和槽型间隙波导。其中微带型间隙波导由于其集成性好，此类结构运用最为广泛，可以组合微带线或者基片集成波导进行天线馈电网络设计，也可用于器件设计以及系统中的电路连接。

2014年，seyedalirazavi和per-simonkildal在ieeetransactionsonantennasandpropagation期刊(vol.62,no.9,september2014)上发表了“2×2-slotelementfor60-ghzplanararrayantennarealizedontwodoubled-sidedpcbsusingsiwcavityandebg-typesoftsurfacefedbymicrostrip-ridgegapwaveguide”，文中提出以基片集成2×2背腔天线做为子阵，并将多个一分四的gwg等功分器级联作为馈电结构，实现了8×8元阵列天线，其副瓣水平(sll)在57-66ghz频带内约为-13.3db。

由上可知，现有技术虽然实现了微带脊型间隙波导作为馈电网络的天线阵列设计，但上述文章及现有公开的文章专利中均未提及微带脊型间隙波导的不等功率分配馈电网络及低副瓣技术的实现。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的低副瓣天线阵列。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的低副瓣天线阵列，包括辐射子阵、辐射层介质板、间隙层、馈电层介质板、微带脊、电磁带隙ebg、矩形波导-gwg转换结构、金属接地平面；

所述辐射层介质板的下方设置馈电层介质板，辐射层介质板和馈电层介质板之间设置间隙层，辐射层介质板的上表面设置阵列排布的辐射子阵，该辐射子阵为周期排列；

所述馈电层介质板的下表面设置金属层，该金属层为金属接地平面，馈电层介质板上设置微带脊、电磁带隙ebg和矩形波导-gwg转换结构；微带脊和矩形波导-gwg转换结构相连，构成馈电网络，二者周边设置周期排列的电磁带隙ebg，馈电层介质板的下表面设置金属层，该金属层为金属接地平面。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的基于微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的低副瓣天线阵列提供了一种低副瓣天线阵列排布及馈电的实现方法，解决了微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的幅度加权分布及相位匹配问题；2)本发明的基于微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的低副瓣天线阵列适用于低频和高频电路，特别是毫米波段天线阵列的低副瓣问题；3)本发明的基于微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的低副瓣天线阵列传输性能优秀，具有较宽的工作带宽和较低的插入损耗，同时具有剖面低、易加工集成、制造成本低的特点。

附图说明

图1为本发明的基于微带脊型间隙波导不等功分网络的低副瓣天线阵列的结构示意图。

图2为本发明辐射层介质板2上的辐射子阵1的一个实施例的结构尺寸示意图。

图3为本发明馈电层介质板4的一个实施例的俯视图，其关于对称轴aa’对称，图中只示出了其中的左半部分。

图4为本发明馈电层介质板4上其中一级一分二功分调相枝节407的一个实施例的结构示意图。

图5为本发明一级一分二功分调相枝节407的结构尺寸示意图，其中图5(a)为结构图，图5(b)为尺寸标注示意图。

图6为本发明实施例1的s参数幅值及增益仿真图。

图7为本发明实施例1的e面辐射方向仿真图。

图8为本发明实施例1的h面辐射方向仿真图。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种基于微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的低副瓣天线阵列，包括辐射子阵1、辐射层介质板2、间隙层3、馈电层介质板4、微带脊404、电磁带隙ebg405、矩形波导-gwg转换结构406、金属接地平面5；

所述辐射层介质板2的下方设置馈电层介质板4，辐射层介质板2和馈电层介质板4之间设置间隙层3，辐射层介质板2的上表面设置阵列排布的辐射子阵1，该辐射子阵1为周期排列；

所述馈电层介质板4上设置微带脊404、电磁带隙ebg405和矩形波导-gwg转换结构406；微带脊404和矩形波导-gwg转换结构406相连，构成馈电网络，二者周边设置周期排列的电磁带隙ebg405，馈电层介质板4的下表面设置金属层，该金属层为金属接地平面5。

所述辐射子阵1为2*2辐射子阵，辐射子阵1的介质板上表面设置金属层，金属层上开有2*2个辐射缝隙101，每个辐射子阵1的四壁均设置周期性金属化通孔103，每个辐射子阵1的下表面设置金属层，该金属层上开有耦合缝隙102，耦合缝隙102的中心与辐射子阵1的中心重合。

所述微带脊404由金属微带线401和金属化通孔构成，金属化通孔均布在金属微带线401上。

所述电磁带隙ebg405包括金属化通孔和金属贴片，每个金属化通孔上均设置对应的金属贴片403。

所述间隙层3由介电常数小于2的介质材料填充，间隙层3的高度小于0.25波长，间隙层3由空气填充。

所述微带脊404包括一个输入端口、馈电输出端口408以及若干一分二功分调相枝节407，其中输入端口与矩形波导-gwg转换结构406连接，矩形波导-gwg转换结构406通过传输线与一分二功分调相枝节407相连，一分二功分调相枝节407的两个输出端分别通过对应的传输线与下一级一分二功分调相枝节相连，以此类推，最后一级一分二功分调相枝节的输出端为馈电输出端口408，每个馈电输出端口408均与一个辐射子阵1下表面的耦合缝隙102相对应。

所述每个一分二功分调相枝节407均包括输入支路、两条输出支路、相位匹配块409、相位匹配切口410和两个相位补偿圆角411，相位匹配块409的一端设置相位匹配切口410，相位匹配块409的另一端与输入支路相连，相位匹配切口410的切口两端各设置一个相位补偿圆角411，每个相位补偿圆角411均与对应的输出支路相连，其中输入支路与输出支路均与对应的传输线相连；

其中第一级一分二功分调相枝节407的输入支路与矩形波导-gwg转换结构406连接，最后一级一分二功分调相枝节407的输出端口为馈电输出端口408；所述相位匹配切口410的形状为倒梯形。

所述相位匹配块409长为al，宽为aw，相位匹配块的宽度aw大于传输线的宽度l4，改变相位匹配块409和相位匹配切口410的大小和相对位置可以调节w5/w4的值，进而改变输出端口的功率分配比值，其中w4为连接输出支路p2的微带宽度，w5为连接输出支路p3的微带宽度，w5/w4的比值越大，两输出支路上的功率比越大；改变相位补偿圆角411的半径r1、r2，可以将两输出支路输出的相位调节至同相，其中r1为靠近输出支路p2的相位补偿圆角半径，r2为靠近输出支路p3的相位补偿圆角半径；所述相位调节结构长al＝1.1mm，宽aw＝0.8mm，传输线的宽度l4＝0.45mm，连接输出支路p2的微带线宽度w4＝0.25mm，连接输出支路p3的微带线宽度w5＝0.5mm，靠近输出支路p2的相位补偿圆角半径r1＝0.2mm，靠近输出支路p3的相位补偿圆角半径r2＝0.75mm。

所述馈电输出端口408为m*n个，其中m、n为正整数；m*n个馈电输出端口对应的一分二功分调相枝节407的级数为k级，其中2^k＝m*n，对应一分二功分调相枝节的个数为(m*n-1)个；每个馈电输出端口408均对应一个辐射子阵1，即辐射子阵1也为m*n个，辐射介质板2上表面均布有2m*2n个辐射缝隙，辐射介质板2下表面均布有m*n个耦合缝隙。优选的，m＝2，n＝16，k＝5。

本发明的基于微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的低副瓣天线阵列传输性能优秀，具有较宽的工作带宽和较低的插入损耗，同时具有剖面低、易加工集成、制造成本低的特点。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例1

图1示出了基于微带脊型间隙波导不等功分网络的低副瓣天线阵列的一个实施例的结构示意图，包括辐射子阵1、辐射层介质板2、间隙层3、馈电层介质板4、微带脊404、电磁带隙ebg405、矩形波导-gwg转换结构406、金属接地平面5；

所述辐射层介质板2的下方设置馈电层介质板4，辐射层介质板2和馈电层介质板4之间设置间隙层3，辐射层介质板2的上表面设置阵列排布的辐射子阵1，该辐射子阵为周期排列；

所述馈电层介质板4上设置微带脊404、电磁带隙ebg405和矩形波导-gwg转换结构406；微带脊404和矩形波导-gwg转换结构406相连，构成馈电网络，二者周边设置周期排列的电磁带隙ebg405；馈电层介质板4的下表面设置金属层，该金属层为金属接地平面5；

所述间隙层3是空气填充的，间隔层3也可以由其他介电常数小于介质板2的介质材料填充，根据间隙波导的工作原理，间隔层3的高度需小于0.25个波长。

图2示出辐射子阵的俯视图及一个实施例的尺寸图，辐射子阵1为2*2辐射子阵，其介质板上表面设置金属层，金属层上开有2*2个辐射缝隙101，每个辐射子阵的四壁均设置周期性金属化通孔103，每个辐射子阵1的下表面设置金属层，该金属层上开有耦合缝隙102，耦合缝隙的中心与辐射子阵的中心重合。

结合图3-图5，所述微带脊404包括输入端口、馈电输出端口以及若干一分二功分调相枝节407，其中输入端口与矩形波导-gwg转换结构406连接，矩形波导-gwg转换结构406通过传输线与一分二功分调相枝节407相连，一分二功分调相枝节407的两个输出端分别通过对应的传输线与下一级一分二功分调相枝节相连，以此类推，最后一级一分二功分调相枝节的输出端为馈电输出端口408，每个馈电输出端口均与一个辐射子阵下表面的耦合缝隙相对应，且每个馈电输出端口的幅度满足泰勒幅度分布、相位相同，且关于对称轴aa’对称；

一分二功分调相枝节407均包括输入支路、两条输出支路、相位匹配块409、相位匹配切口410和两个相位补偿圆角411，相位匹配块409的一端设置相位匹配切口410、另一端与输入支路相连，相位匹配切口410的切口两端各设置一个相位补偿圆角411，每个相位补偿圆角411均与对应的输出支路相连；其中第一级一分二功分调相枝节的输入支路与矩形波导-gwg转换结构连接，最后一级功分调相枝节的输出端口为馈电输出端口408；所述相位匹配切口410的形状为倒梯形；

馈电输出端口408为m*n个，对应一分二功分调相枝节的个数为(m*n-1)，每个馈电输出端口均对应一个辐射子阵1，即辐射子阵也为m*n个，辐射介质板2上表面均布有2m*2n个辐射缝隙，辐射介质板下表面均布有m*n个耦合缝隙，其中m、n为正整数，本实施例中m＝2，n＝16；m*n个馈电输出端口对应的一分二功分调相枝节407的级数为k级，其中2^k＝m*n，本实施例中k＝5。

结合图5，所述相位匹配块409长为al，宽为aw，相位匹配块409的宽度aw大于传输线的宽度l4，改变相位匹配块409和相位匹配切口410的大小和相对位置可以调节w5/w4的值，进而改变输出端口的功率分配比值，其中w4为连接输出支路p2的微带宽度，w5为连接输出支路p3的微带宽度，w5/w4的比值越大，两输出支路上的功率比越大；改变相位补偿圆角411的半径r1、r2，可以将两输出支路输出的相位调节至同相，其中r1为靠近输出支路p2的相位补偿圆角半径，r2为靠近输出支路p3的相位补偿圆角半径；所述相位调节结构长al＝1.1mm，宽aw＝0.8mm，传输线的宽度l4＝0.45mm，连接输出支路p2的微带线宽度w4＝0.25mm，连接输出支路p3的微带线宽度w5＝0.5mm，靠近输出支路p2的相位补偿圆角半径r1＝0.2mm，靠近输出支路p3的相位补偿圆角半径r2＝0.75mm。

基于微带脊型间隙波导不等功分网络的低副瓣天线阵列立体结构如图1所示，辐射层介质板上辐射缝隙子阵的结构及有关尺寸规格如图2所示，馈电层介质板结构如图3所示，馈电层介质板上的一分二功分调相枝节的结构及尺寸如图4、图5所示。辐射层介质板采用相对介电常数2.2，损耗角正切0.0009的rogersrt5880介质，实施例中尺寸为80mm×16mm×0.508mm，馈电层介质板采用相对介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027的rogersro4003介质材料，尺寸为80mm×20mm×0.406mm。间隙层填充空气，厚度为0.2mm。辐射缝隙子阵各尺寸参数如下：w＝3.6mm，l＝4.6mm，w1＝1.59mm，l1＝2.33mm，w2＝1.02mm，l2＝1.58mm，w3＝0.35mm，l3＝1.2mm；一分二功分调相枝节各尺寸参数如下：al＝1.1mm，aw＝0.8mm，w4＝0.25mm，w5＝0.5mm，r1＝0.2mm，r2＝0.75mm，r＝0.45mm，a＝0.125mm，b＝0.2mm。

本实施例基于微带脊型间隙波导不等功率分配器是在电磁仿真软件hfss.13中建模仿真的。图6是本实例中基于微带脊型间隙波导不等功分网络的低副瓣天线阵列的s参数及增益曲线仿真图，从图中可以看出，在毫米波频段91.5ghz-96.5ghz内，本发明的基于微带脊型间隙波导不等功分网络的低副瓣天线阵列具有s11小于-10db的阻抗特性，中心频点94ghz处最大增益26.3dbi，频带内增益起伏不超过3dbi。

图7、图8分别为基于微带脊型间隙波导不等功分网络的低副瓣天线阵列e面、h面辐射方向仿真图，由图中可以看出，天线阵列的副瓣水平优于-20db。

综上所述，本发明基于微带脊型间隙波导不等功分馈电网络的低副瓣天线阵列，实现了一种基于微带脊型间隙波导、适用于低频和高频电路，特别是毫米波段、结构稳定、传输性能好、尺寸小、剖面低、易加工集成、制造成本低、宽带、低损耗、低副瓣的天线阵列。