本發(fā)明涉及一種毫米波天線技術(shù)，特別是一種雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的高增益me極子天線。

背景技術(shù)：

毫米波雷達具有頻帶寬、波束窄、體積小、功耗低和穿透性強等特點。相比于激光紅外探測，其穿透性強的特點可以保證雷達能夠工作在霧雨雪以及沙塵環(huán)境中，受天氣的影響較小；相比于微波波段的雷達，利用毫米波波長短的特點可以有效減小系統(tǒng)體積和重量，并提高分辨率。這些特點使得毫米波雷達在汽車防撞、直升機避障、云探測、導(dǎo)彈導(dǎo)引等方面具有重要的應(yīng)用。為了精確地完成對目標(biāo)物體距離、速度、角度等關(guān)鍵信息的測量，毫米波雷達需要一種低損耗、高增益和寬頻帶的天線單元。

文獻1(p.s.kildal,e.alfonso,a.valero-nogueiraande.rajo-iglesias,"localmetamaterial-basedwaveguidesingapsbetweenparallelmetalplates,"inieeeantennasandwirelesspropagationletters,vol.8,no.,pp.84-87,2009.)提出了一種新型傳輸線——間隙波導(dǎo)，其具有工作帶寬大，損耗低，結(jié)構(gòu)簡單，上下金屬板之間電連接要求不高的優(yōu)點，滿足了高頻段時天線對加工精度及介質(zhì)損耗的高要求，被廣泛應(yīng)用在毫米波波段。

文獻2(kwaimanluk,"recentdevelopmentofmillimeter-wavemagneto-electricdipole,"2014ieeeinternationalworkshoponelectromagnetics(iwem),sapporo,2014,pp.259-259.)提出了一種me極子天線。它是將電偶極子和磁偶極子進行結(jié)合，通過調(diào)節(jié)電偶極子和磁偶極子相隔一定距離，有效控制電偶極子和磁偶極子兩個信號源的相位和幅度，從而同時激勵起電偶極子和磁偶極子，實現(xiàn)電偶極子和磁偶極子方向圖的互補，從而獲得較寬的工作帶寬和穩(wěn)定的方向圖。

文獻3(y.liandk.m.luk,"amultibeamend-firemagnetoelectricdipoleantennaarrayformillimeter-waveapplications,"inieeetransactionsonantennasandpropagation,vol.64,no.7,pp.2894-2904,july2016.)中提出通過在基片集成波導(dǎo)上加載電極子的方式實現(xiàn)me極子天線，結(jié)構(gòu)簡單，工作頻帶寬，但受限于siw的介質(zhì)損耗，天線增益整體偏低。

由上可知，現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)毫米波me極子天線具有損耗高、增益低等缺點，不適用于毫米波汽車防撞雷達系統(tǒng)中。本發(fā)明將間隙波導(dǎo)和me極子天線相結(jié)合，為車載雷達天線提供了一種新的設(shè)計思路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠工作在毫米波段，基于雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的me極子天線，它能顯著提高天線在所需頻率的增益值。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于pcb加工工藝的雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的高增益me極子天線，包括上下兩層pcb板和中間空氣層，其中上下兩層pcb板關(guān)于中間層鏡像對稱且結(jié)構(gòu)相同。上層pcb板上表面部分覆蓋金屬地板，下表面中心印制一條微帶貼片，兩側(cè)等間距排列圓形金屬貼片，pcb板中嵌入的等間距排列金屬小圓柱將微帶貼片和圓形金屬貼片接地。這里，接地的圓形金屬貼片稱之為amc單元。

該天線采用雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)對延伸微帶脊和金屬圓柱進行饋電。本發(fā)明中，所述饋電間隙波導(dǎo)采用兩層鏡像對稱的等間距排列amc單元對電磁波起截止作用，使得電磁波沿著微帶脊進行傳播。饋電間隙波導(dǎo)與天線直接相連，一體化設(shè)計，在間隙波導(dǎo)終端延長微帶貼片一定長度，并加載金屬圓柱作為輻射電極子，形成端射的me極子天線。

所述加載在延伸微帶貼片上的金屬圓柱數(shù)量為4。

pcb板選用rogersro4003介質(zhì)板材，整體尺寸為為3mm×7.6mm的矩形，其介電常數(shù)εr＝3.55,損耗正切角tanσ＝0.0013，厚度h2＝0.406mm。

天線中間空氣層高度h1＝0.2mm；上層pcb板上表面金屬地板大小l3＝4.1mm，w2＝3mm；amc單元具體尺寸為：圓形金屬貼片半徑r1＝0.2mm，金屬圓柱高h2＝0.406mm，半徑r2＝0.1mm，相鄰單元之間以周期gp＝0.5mm排列；微帶貼片延伸長度l1＝1.8mm，寬wg＝0.4mm，貼片中心距離相鄰圓形金屬貼片圓心w1＝0.5mm。

金屬地板的邊緣與上層pcb板端部的邊緣重合。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為：1)本發(fā)明提出的雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)采用雙層等間距排列的amc單元，結(jié)構(gòu)更加對稱，對于電磁波截止效果更好。因此，在工作頻帶內(nèi)，天線方向圖更加穩(wěn)定對稱，最大增益達12dbi，且增益波動小于3db；2)本發(fā)明提出的雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的me極子天線，饋電網(wǎng)絡(luò)和天線一體化設(shè)計，易于集成。因此，采用間隙波導(dǎo)饋電提高增益的同時，實現(xiàn)了天線整體結(jié)構(gòu)的緊湊型，適用于天線陣列中。和雙層間隙波導(dǎo)，天線單元具有增益高、帶寬大、后瓣輻射低的特點；3)本發(fā)明提出的雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的me極天線，基于pcb工藝加工，整體高度集成，降低了加工成本，因而可以大規(guī)模生產(chǎn)。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步詳細的描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的me極子天線結(jié)構(gòu)圖，其中圖(a)為三維圖，圖(b)為俯視圖，圖(c)為側(cè)視圖，圖(d)為分層結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的me極子天線的反射系數(shù)和增益曲線。

圖3為本發(fā)明雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的me極子天線工作在中心頻率94ghz時的輻射方向圖。

具體實施方式

一種雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的高增益me極子天線，包括上層pcb板1、中間空氣層2和下層pcb板3，所述上層pcb板1和下層pcb板3關(guān)于中間空氣層2鏡像對稱且結(jié)構(gòu)相同，其中上層pcb板1的部分上表面覆蓋金屬地板4，上層pcb板1的下表面中心印制一條微帶貼片5，上層pcb板1的下表面設(shè)置若干圓形金屬貼片6，所述圓形金屬貼片6位于金屬地板4在上層pcb板1下表面的投影區(qū)域，所述圓形金屬貼片6位于微帶貼片5兩側(cè)且等間距設(shè)置，每個圓形金屬貼片6上均設(shè)置金屬小圓柱7，微帶貼片5上也設(shè)置若干金屬小圓柱7，所有的金屬小圓柱7均等間距設(shè)置，所述金屬小圓柱7將微帶貼片5和圓形金屬貼片6接地，所述接地的圓形金屬貼片為amc單元。

所述微帶貼片5超出金屬地板4投影區(qū)域的部分為延伸微帶貼片，延伸微帶貼片上設(shè)置4個等間距排列的金屬圓柱。

所述上層pcb板1和下層pcb板3均選用rogersro4003介質(zhì)板材，整體尺寸為為3mm×7.6mm的矩形，其介電常數(shù)εr＝3.55,損耗正切角tanσ＝0.0013，厚度h2＝0.406mm。

所述天線中間空氣層2的高度h1＝0.2mm；上層pcb板1上表面金屬地板4大小l3＝4.1mm，w2＝3mm；圓形金屬貼片6半徑r1＝0.2mm，金屬圓柱7高h2＝0.406mm，半徑r2＝0.1mm，相鄰單元之間的間距為0.5mm；微帶貼片5延伸長度l1＝1.8mm，寬wg＝0.4mm，微帶貼片5中心距離相鄰圓形金屬貼片6圓心w1＝0.5mm。

所述金屬地板4的邊緣與上層pcb板1端部的邊緣重合。

本發(fā)明提出的雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的me極子天線，饋電網(wǎng)絡(luò)和天線一體化設(shè)計，易于集成。因此，采用間隙波導(dǎo)饋電提高增益的同時，實現(xiàn)了天線整體結(jié)構(gòu)的緊湊型，適用于天線陣列中。

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述。

實施例1

結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種基于pcb加工工藝的雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的高增益me極子天線，包括上層pcb板1、中間空氣層2和下層pcb板3，其中上下兩層pcb板關(guān)于中間空氣層鏡像對稱且結(jié)構(gòu)相同。上層pcb板包括上表面部分覆蓋的金屬地板4、下表面中心印制的一條微帶貼片5、兩側(cè)等間距排列圓形金屬貼片6、pcb板中嵌入的等間距排列金屬圓柱7。這里，金屬地板4、圓形金屬貼片6、金屬圓柱7共同組成的接地圓形金屬貼片稱之為amc單元。

me極子天線主要由延伸的微帶貼片和金屬圓柱構(gòu)成，采用雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)對天線進行饋電，饋電間隙波導(dǎo)與天線直接相連，一體化設(shè)計。雙層間隙波導(dǎo)的開口終端等效為水平方向的磁偶極子輻射，加載在延伸微帶貼片上的金屬小圓柱等效為垂直方向的電偶極子輻射。本發(fā)明中，所述饋電間隙波導(dǎo)采用兩層鏡像對稱的等間距排列amc單元對電磁波起截止作用，使得電磁波沿著金屬微帶進行傳播。由于金屬小圓柱和延伸微帶貼片相連，沿金屬微帶傳播的部分能量耦合到金屬小圓柱上，激勵起電偶極子。雙層間隙波導(dǎo)的開口終端和金屬小圓柱互補作為me極子進行輻射。

所述加載在延伸微帶貼片上的金屬圓柱數(shù)量為4。

上層pcb板1、下層pcb板3選用rogersro4003介質(zhì)板材，整體尺寸為為3mm×7.6mm的矩形，其介電常數(shù)εr＝3.55,損耗正切角tanσ＝0.0013，厚度h2＝0.406mm。

天線中間空氣層2高度h1＝0.2mm；上層pcb板上表面金屬地板4大小l3＝4.1mm，w2＝3mm；圓形金屬貼片6半徑r1＝0.2mm，金屬圓柱7高h2＝0.406mm，半徑r2＝0.1mm，相鄰單元之間以周期gp＝0.5mm排列；微帶貼片5的延伸長度l1＝1.8mm，寬wg＝0.4mm，貼片中心距離相鄰圓形金屬貼片圓心w1＝0.5mm。

實施例2

整體天線尺寸為3mm×7.6mm的矩形。

結(jié)合圖1，本發(fā)明雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的me極子天線主要包括上層pcb板1、中間空氣層2、下層pcb板3，pcb介質(zhì)材料選用厚度h2＝0.406mm的rogersro4003介質(zhì)板材(相對介電常數(shù)εr＝3.55,損耗正切角tanσ＝0.0013)，中間空氣層2高度h1＝0.2mm；pcb板表面金屬地4大小l3＝4.1mm，w2＝3mm；圓形金屬貼片6半徑r1＝0.2mm，金屬圓柱7高h2＝0.406mm，半徑r2＝0.1mm，所述圓形金屬貼片6位于金屬地板4在上層pcb板1下表面的投影區(qū)域，每個圓形金屬貼片6上均設(shè)置金屬小圓柱7，微帶貼片5上也設(shè)置若干金屬小圓柱7，投影區(qū)域的小圓柱構(gòu)成5*8矩陣。金屬地4、圓形金屬貼片6、金屬圓柱7共同組成的接地圓形金屬貼片結(jié)構(gòu)稱之為amc單元，相鄰單元之間間距為0.5mm；金屬微帶貼片5寬wg＝0.4mm，延伸長度l1＝1.8mm；中心距離相鄰amc單元中心w1＝0.5mm。

結(jié)合圖2，本發(fā)明雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的me極子天線單元，,反射系數(shù)低于-10db的工作頻帶為83ghz～118ghz，相對帶寬為37.2％，最大增益可以達到12dbi，且增益波動小于3db。

結(jié)合圖3，本發(fā)明雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的me極子天線工作在94ghz時的e面和h面歸一化方向圖具有良好的對稱性，天線e面和h面的半功率波束寬度分別為70°和50°。

本發(fā)明提出的雙層微帶脊型間隙波導(dǎo)饋電的me極天線，基于pcb工藝加工，整體高度集成，降低了加工成本，因而可以大規(guī)模生產(chǎn)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。