專利名稱：毫米波線極化車載扇形波束天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種毫米波線極化車載扇形波束天線，屬于天線技術領域。
背景技術：
隨著移動衛(wèi)星通信技術和汽車導航系統(tǒng)的迅速發(fā)展，車載智能天線系統(tǒng)得到了越來越多的應用，一個性能良好的車載智能天線通信、定位系統(tǒng)對天線的性能具有較高要求。金屬波導縫隙天線是一種容易實現窄波束、高增益、低副瓣的天線，具有剖面低、 易集成、體積小等優(yōu)點，方便裝載于車輛上，是一種廣泛應用于通信和雷達系統(tǒng)的天線。傳統(tǒng)金屬波導縫隙天線陣列一般采用的是寬邊駐波縫隙陣的形式，但其有著加工難度大、成品率低、加工成本高、工作帶寬窄的缺點。微帶貼片陣列天線也是一種具有平面型、易集成、 體積小等優(yōu)點的陣列天線形式，但其輻射效率低，導致增益較低。目前應用于車載通信、定位系統(tǒng)的主要天線形式如上所述。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術的上述缺陷，為提高波導諧振寬邊縫隙陣的帶寬并實現單脈沖寬帶高增益的目的，基于傳統(tǒng)矩形波導寬邊縫隙陣的原理，提出了一種毫米波線極化車載扇形波束天線，本發(fā)明天線體積小，具有單脈沖扇形波束，可配合多種車載通信、定位系統(tǒng)，并可適應多種路況。該毫米波線極化車載扇形波束天線包括平面和差網絡、耦合饋電斜縫、波導槽、金屬壁、微帶縫隙面、硬質支撐泡沫和金屬板，其中平面和差網絡的和口及差口是外部的連接端口，平面和差網絡背面為波導槽，二者由耦合饋電斜縫連接；金屬壁位于波導槽的兩側； 平面和差網絡、耦合饋電斜縫、波導槽和金屬壁整體作為天線背板；金屬板位于天線背板的反面，覆蓋平面和差網絡，微帶縫隙面通過導電膠與波導槽粘合；硬質支撐泡沫位于金屬壁中間，并固定在其上，覆蓋微帶縫隙面。所述的平面和差網絡包括和口、差口、平面魔T和彎波導槽；和口與差口通過波導與平面魔T連接，為外部連接端口 ；并從平面魔T分出兩條饋電彎波導槽，平面和差網絡將天線的兩部分接收信號通過平面魔T實現矢量和差，實現水平維的波束和差。所述的耦合饋電斜縫包括多個傾斜縫隙，負責連接波導槽以及平面和差網絡，通過電磁場耦合作用實現信號在天線輻射部分與平面和差網絡之間的傳輸。所述的波導槽包括多個加工出的矩形直波導槽，按照天線陣列的要求呈現二維對稱排布，使電磁波在波導槽中實現諧振狀態(tài)。所述的金屬壁包括與波導槽平行的兩條金屬壁，通過同時調節(jié)兩條金屬壁的高度和間距，對天線進行波束賦形，使天線波束滿足俯仰、水平維的波束要求，并起到提高1 2dB增益的作用。所述的微帶縫隙面為經過印刷刻蝕工藝處理的單面介質覆銅板；其金屬面加工出矩形縫隙陣列，并與波導槽緊固在一起，表面為介質層，微帶縫隙面與波導槽組成天線輻射部分，將波導槽內呈諧振狀態(tài)的電磁波通過縫隙輻射到自由空間，并通過介質層起到展寬天線工作帶寬的作用。 所述的金屬板其上制作兩個孔供平面和差網絡的和口及差口與外部連接使用。本發(fā)明的陣列天線發(fā)射狀態(tài)的工作過程為需發(fā)射的電磁波信號由和口輸入平面和差網絡，經過平面魔T分為兩路等幅同相信號，分別傳入兩條彎波導槽；彎波導槽輸出的兩路信號通過耦合饋電斜縫進入波導槽中，通過波導槽和微帶縫隙面向外輻射；輻射出的線極化波經過兩側的金屬壁實現波束賦形，起到提高增益的目的。本發(fā)明的陣列天線接收狀態(tài)的工作過程為自由空間的電磁波通過陣列天線的天線輻射部分形成導行電磁波信號；該信號通過耦合饋電斜縫進入平面和差網絡的兩條彎波導槽，其輸出的兩路信號經過平面魔T實現一維的矢量和差，分別通過和口及差口輸出至下一個連接器件，以供進一步處理。有益效果本發(fā)明是基于介質復合理念提出的，使用微帶縫隙面代替波導開縫的寬邊，保證了天線具有波導寬邊縫隙陣列的工作特性，利用印刷刻蝕工藝同時得到了顯著的成本降低；使用介質復合結構，擴展了縫隙陣的工作帶寬；利用陣列上下平行的兩條金屬壁實現波束壓縮和賦形，并增加增益；利用平面魔T實現平面和差網絡，顯著減小天線體積的同時實現水平一維的和差波束。本發(fā)明既解決了金屬波導縫隙陣加工成本高、成品率低、工作帶寬窄和加工周期長的缺點，又解決了微帶貼片陣列天線增益低的缺點，可以提供一種成本低、成品率高(一致性高)、工作帶寬寬、加工周期短、高增益且滿足和波束與差波束方向圖要求的低駐波、高和差波束覆蓋率毫米波介質復合波導縫隙陣列天線；本發(fā)明天線體積小，具有單脈沖扇形波束，可配合多種車載通信、定位系統(tǒng)，并可適應多種路況。


圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的結構示意圖；圖2是具體實施方式
中陣列天線的微帶縫隙面結構圖；其中(a)為正面圖，(b)為反面圖；圖3是具體實施方式
中陣列天線的天線背板的結構圖；其中(a)為正面圖，(b)為反面圖；圖4是具體實施方式
中陣列天線在f0士400MHz電壓駐波比曲線；圖5是具體實施方式
中陣列天線在f0-200MHz頻點水平面和差方向圖；圖6是具體實施方式
中陣列天線在f0頻點水平面和差方向圖；圖7是具體實施方式
中陣列天線在f0+200MHz頻點水平面和差方向圖；圖8是具體實施方式
中陣列天線在f0-200MHz頻點俯仰面方向圖；圖9是具體實施方式
中陣列天線在f0頻點俯仰面方向圖；圖10是具體實施方式
中陣列天線在f0+200MHz頻點俯仰面方向圖。標號說明1-硬質支撐泡沫，2-微帶縫隙面，3-耦合饋電斜縫，4-波導槽，5-左側金屬壁，6-右側金屬壁，7-金屬板，8-平面和差網絡。
具體實施例方式為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例，毫米波線極化車載扇形波束天線的結構如圖1及圖3(b)所示。本陣列天線包括硬質支撐泡沫1、微帶縫隙面2、耦合饋電斜縫3、波導槽4、金屬壁(包括左側金屬壁5和右側金屬壁6)、金屬板7以及平面和差網絡8。以信號接收過程為順序，陣列天線的結構為硬質支撐泡沫1放置于微帶縫隙面2正上方，將微帶縫隙面2保護住，并保證其平整度；硬質支撐泡沫1的兩側分別與左側金屬壁5和右側金屬壁6固定為一體。微帶縫隙面2的金屬面與波導槽4粘合在一起。波導槽4的背面為平面和差網絡8，二者由耦合饋電斜縫3連接。耦合饋電斜縫3、波導槽4、金屬壁與平面和差網絡8組成天線背板；平面和差網絡8采用平面魔T和彎波導槽組成，由金屬板7覆蓋，金屬板7上保留和口及差口作為外部接口。本實施例的硬質支撐泡沫1為一種可工作于M 38GHz頻率、低損耗、防火介質材料，其介電常數接近于空氣。將硬質支撐泡沫1制成長方體，與左側金屬壁5和右側金屬壁6粘合在一起。本實施例的微帶縫隙面2為ROgers5880單面介質覆銅板，如圖2 (a)和(b)所示，寬度為觀讓，長度為2四讓，介質厚度0. 254mm、介電常數為2. 2，覆銅厚度0. 018mm,做鍍金處理。加工的矩形縫隙寬度0. 6mm,長度3. 3mm左右。本實施例的天線背板為鋁材料，如圖3(a)和(b)所示，其上下表面作本色導電氧化或者鍍銀處理以起到更好的保護作用；本實施例中為本色導電氧化。天線背板長度229mm,寬度72mm，厚度為23. 5mm。左側金屬壁5和右側金屬壁6高度為4. 5mm,波導槽4位于左側金屬壁5和右側金屬壁6的中間，深度2. 74mm,寬度5. 48mm，長度104mm。耦合饋電斜縫3位于波導槽4中間，寬度0. 6mm。由圖4可以看出，天線工作帶寬700MHz，駐波比小于2。將本實施例制作的陣列天線在暗室中進行測試，所得實驗結果如圖5到圖10所示。從中可以看出，在低、中、高三個頻點上，和波束水平維3dB波束寬度實現士 1.5°覆蓋，副瓣小于-18dB ；和波束俯仰維3dB波束寬度覆蓋-15° +15° ；差波束零深優(yōu)于_25dB ；天線效率接近80% ；在去除和波束主瓣覆蓋角度、副瓣電平低于_25dB不計，且水平維與天線陣面法向方向成士90°波束角內的情況下，差波束方向圖對和波束方向圖的波束覆蓋率優(yōu)于98%。由陣列天線在暗室中測試得到的表1可以看出，本實施例的陣列天線在低、中、高三個頻點上的測試增益均大于23dB。表1陣列天線測試結果
頻率f0-200MHzf0f0+200MHz增益(dB)23. 823. 124. 1 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡是在本發(fā)明權利要求范圍內所作的均等變化與修飾，均應屬于本發(fā)明權利要求的涵蓋范圍。
權利要求
1.毫米波線極化車載扇形波束天線，其特征在于包括平面和差網絡、耦合饋電斜縫、 波導槽、金屬壁、微帶縫隙面、硬質支撐泡沫和金屬板，其中平面和差網絡的和口及差口是外部的連接端口，平面和差網絡背面為波導槽，二者由耦合饋電斜縫連接；金屬壁位于波導槽的兩側；平面和差網絡、耦合饋電斜縫、波導槽和金屬壁整體作為天線背板；金屬板位于天線背板的反面，覆蓋平面和差網絡，微帶縫隙面通過導電膠與波導槽粘合；硬質支撐泡沫位于金屬壁中間，并固定在其上，覆蓋微帶縫隙面。
2.如權利要求1所述的毫米波線極化車載扇形波束天線，其特征在于所述的平面和差網絡包括和口、差口、平面魔T和彎波導槽；和口與差口通過波導與平面魔T連接，為外部連接端口 ；并從平面魔T分出兩條饋電彎波導槽，平面和差網絡將天線的兩部分接收信號通過平面魔T實現矢量和差，實現水平維的波束和差。
3.如權利要求2所述的毫米波線極化車載扇形波束天線，其特征在于所述的耦合饋電斜縫包括多個傾斜縫隙，負責連接波導槽以及平面和差網絡，通過電磁場耦合作用實現信號在天線輻射部分與平面和差網絡之間的傳輸。
4.如權利要求3所述的毫米波線極化車載扇形波束天線，其特征在于所述的波導槽包括多個加工出的矩形直波導槽，按照天線陣列的要求呈現二維對稱排布，使電磁波在波導槽中實現諧振狀態(tài)。
5.如權利要求4所述的毫米波線極化車載扇形波束天線，其特征在于所述的金屬壁包括與波導槽平行的兩條金屬壁，通過同時調節(jié)兩條金屬壁的高度和間距，對天線進行波束賦形，使天線波束滿足俯仰、水平維的波束要求，并起到提高1 2dB增益的作用。
6.如權利要求5所述的毫米波線極化車載扇形波束天線，其特征在于所述的微帶縫隙面為經過印刷刻蝕工藝處理的單面介質覆銅板；其金屬面加工出矩形縫隙陣列，并與波導槽緊固在一起，表面為介質層，微帶縫隙面與波導槽組成天線輻射部分，將波導槽內呈諧振狀態(tài)的電磁波通過縫隙輻射到自由空間，并通過介質層起到展寬天線工作帶寬的作用。
7.如權利要求6所述的毫米波線極化車載扇形波束天線，其特征在于所述的金屬板其上制作兩個孔供平面和差網絡的和口及差口與外部連接使用。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種毫米波線極化車載扇形波束天線，屬于天線技術領域。包括平面和差網絡、耦合饋電斜縫、波導槽、金屬壁、微帶縫隙面、硬質支撐泡沫和金屬板，其中平面和差網絡的和口及差口是外部的連接端口，平面和差網絡背面為波導槽，二者由耦合饋電斜縫連接；金屬壁位于波導槽的兩側；平面和差網絡、耦合饋電斜縫、波導槽和金屬壁整體作為天線背板；金屬板位于天線背板的反面，覆蓋平面和差網絡，微帶縫隙面通過導電膠與波導槽粘合；硬質支撐泡沫位于金屬壁中間，并固定在其上，覆蓋微帶縫隙面。本發(fā)明既解決了金屬波導縫隙陣加工成本高、成品率低、工作帶寬窄和加工周期長的缺點，又解決了微帶貼片陣列天線增益低的缺點。
文檔編號H01Q21/00GK102394377SQ201110193489
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權日2011年7月12日
發(fā)明者倪鴻賓, 劉埇, 呂昕, 孫厚軍, 閆丕賢 申請人:北京理工大學