一種75-78GHz共軛直線漸變縫隙天線的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種75?78GHz共軛直線漸變縫隙天線，該天線是一正面和背面均覆蓋金屬層的矩形介質(zhì)基板結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板的前端是一共軛直線漸變縫隙結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)橫向?qū)挒閃，縱向長(zhǎng)為K；介質(zhì)基板的末端在橫向距離為M內(nèi)設(shè)有一排直徑為L(zhǎng)的金屬通孔,金屬通孔相鄰間距為F；介質(zhì)基板的兩側(cè)分別設(shè)有兩列金屬通孔；介質(zhì)基板的背面處設(shè)有一縱向長(zhǎng)為A和橫向?qū)挒锽的矩形金屬開(kāi)槽，矩形金屬開(kāi)槽中心到所述介質(zhì)基板末端的金屬通孔中心線的垂直距離為N，矩形金屬開(kāi)槽中心到兩列金屬通孔縱向相鄰金屬通孔的中心線的最小垂直距離為V。該發(fā)明在保證系統(tǒng)增益、帶寬、波瓣寬度要求的前提下還會(huì)對(duì)毫米波有較小的反射，具有降低RCS的作用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于汽車(chē)防撞雷達(dá)性能檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線。
【背景技術(shù)】
[0002]目標(biāo)回波模擬系統(tǒng)暗箱的工作原理是被試品發(fā)出的信號(hào)，被工作在該頻段的接收天線接收，并通過(guò)射頻接收端將接收到的毫米波信號(hào)下變頻為厘米波信號(hào)。該厘米波信號(hào)再次經(jīng)過(guò)射頻發(fā)射端上變頻轉(zhuǎn)換為毫米波信號(hào)作為目標(biāo)回波由目標(biāo)回波發(fā)射天線發(fā)射出去。其中接收天線獲得被試品發(fā)射信號(hào)在目標(biāo)處的功率值，發(fā)射天線模擬目標(biāo)散射并將目標(biāo)回波輻射出去。下變頻產(chǎn)生的厘米波信號(hào)特征經(jīng)過(guò)信號(hào)分析顯示在頻譜儀、示波器上，進(jìn)而可以獲得被試品的特性。
[0003]喇叭天線具有寬頻帶、高增益的優(yōu)點(diǎn)，因此它可以用來(lái)作為目標(biāo)回波模擬系統(tǒng)暗箱的被試品發(fā)射信號(hào)接收天線和目標(biāo)回波發(fā)射天線，但喇叭天線的有效口徑相對(duì)較大，使得喇叭天線在工作時(shí)具有較高的RCS。此時(shí)對(duì)于被試品而言，被試品發(fā)射信號(hào)接收天線與目標(biāo)回波信號(hào)發(fā)射天線的反射波也會(huì)成為目標(biāo)信號(hào)，從而影響對(duì)被試品特性的測(cè)量結(jié)果。因此最大限度降低被試品發(fā)射信號(hào)接收天線與目標(biāo)回波信號(hào)發(fā)射天線對(duì)毫米波反射是研究的重點(diǎn)。為了減縮喇叭天線的RCS，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了共軛直線漸變縫隙天線作為被試品發(fā)射信號(hào)的接收天線和目標(biāo)回波的發(fā)射天線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，能夠保證系統(tǒng)增益、帶寬、波瓣寬度要求的前提下還會(huì)對(duì)毫米波有較小的反射，因而相對(duì)于喇叭天線具有降低RCS的作用。
[0005]—種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，該天線是一正面和背面均覆蓋金屬層的矩形介質(zhì)基板結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)基板的前端是一共軛直線漸變縫隙結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)橫向?qū)挒閃，縱向長(zhǎng)為K;所述介質(zhì)基板的末端在橫向距離為M內(nèi)設(shè)有一排直徑為L(zhǎng)的金屬通孔，相鄰金屬通孔的間距為F;所述介質(zhì)基板的兩側(cè)分別設(shè)有一列金屬通孔，兩列金屬通孔的橫向距離為M，相鄰金屬通孔的縱向間隔為S;所述介質(zhì)基板的背面處設(shè)有一縱向長(zhǎng)為A和橫向?qū)挒锽的矩形金屬開(kāi)槽，所述矩形金屬開(kāi)槽中心到所述介質(zhì)基板末端的金屬通孔中心線的垂直距離為N，所述矩形金屬開(kāi)槽中心到兩列金屬通孔的中心線的最小垂直距離為V。
[0006]進(jìn)一步地，W為3mm，K為5mm。
[0007 ] 進(jìn)一步地，所述縱向間隔S為0.4mm，橫向距離M為2mm。
[0008]進(jìn)一步地，所述金屬化通孔的直徑L為0.2mm。
[0009]進(jìn)一步地，所述介質(zhì)基板為厚度是20mil的RT/Dur1id6002板材，該基板的相對(duì)介電常數(shù)為2.94，介質(zhì)損耗角正切為0.0012。
[0010]進(jìn)一步地，距離F為0.44mm。[0011 ] 進(jìn)一步地，所述矩形金屬開(kāi)槽長(zhǎng)A為1.84mm和寬B為0.92mm。
[0012]進(jìn)一步地，垂直距離N為2.4mm，最小垂直距離V為1.3mm。
[0013]有益效果:
[0014]1、本發(fā)明設(shè)計(jì)的共軛直線漸變縫隙天線的工作頻率比傳統(tǒng)類(lèi)似結(jié)構(gòu)天線高，可達(dá)到75-78GHZ;
[0015]2、本發(fā)明設(shè)計(jì)的共軛直線漸變縫隙天線的增益全頻段范圍達(dá)到2 8.0dBi;波瓣寬度較寬，可達(dá)到E面3dB波瓣寬度2 53.0°，11面3(^波瓣寬度2 53.0°。
[0016]3、本發(fā)明設(shè)計(jì)的共軛直線漸變縫隙天線的體積、口徑均比喇叭天線小，可以確保接收天線和發(fā)射天線對(duì)毫米波的反射較喇叭天線小，可盡量避免將接收天線和發(fā)射天線看做目標(biāo)而影響被試品測(cè)量結(jié)果。
[0017]4、共軛直線漸變縫隙天線的平面結(jié)構(gòu)體重輕便的特點(diǎn)可以保證天線質(zhì)心相較于體積重的喇叭天線更能夠保持水平，確保天線最大輻射方向不發(fā)生偏移。
[0018]5、共軛直線漸變縫隙天線采用傳統(tǒng)PCB工藝，加工方便、生產(chǎn)成本低，天線結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕便，集成度高;采用波導(dǎo)轉(zhuǎn)SIW的結(jié)構(gòu)可以減小饋線損耗。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為共軛直線漸變縫隙天線的結(jié)構(gòu)正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為共軛直線漸變縫隙天線的結(jié)構(gòu)背面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為圖1中A處圓圈的放大不意圖。
[0022]圖4為共軛直線漸變縫隙天線工作在75GHzE面、H面方向圖。
[0023]圖5為共軛直線漸變縫隙天線工作在76.5GHzE面、H面方向圖。
[0024]圖6為共軛直線漸變縫隙天線工作在78GHzE面、H面方向圖。
[0025]圖7為共軛直線漸變縫隙天線在工作頻段內(nèi)的駐波比值。
[0026]1-天線的正面結(jié)構(gòu);2-天線的背面結(jié)構(gòu);3-輻射部分;4-SIW過(guò)渡段部分;5-金屬化通孔;6-矩形金屬開(kāi)槽;7-介質(zhì)基板;8-短路面部分。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028]本發(fā)明提供了一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，如圖1所示，該天線是一正面和背面均覆蓋金屬層的矩形介質(zhì)基板7結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)基板7的前端是一共軛直線漸變縫隙結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)橫向?qū)挒閃，縱向長(zhǎng)為K，可作為天線的輻射部分3，實(shí)現(xiàn)天線寬頻帶的特點(diǎn)；所述介質(zhì)基板7的末端在橫向距離為M內(nèi)設(shè)有一排直徑為L(zhǎng)的金屬通孔5相鄰金屬通孔5的間距為F，可作為天線的短路面部分8，所述短路面部分8與矩形金屬開(kāi)槽6之間選取適當(dāng)?shù)木嚯x，可以濾除高次模;所述介質(zhì)基板7的兩側(cè)分別設(shè)有一列金屬通孔5，兩列金屬通孔5的橫向距離為M，相鄰金屬通孔5的縱向間隔為S，可作為天線的SIW過(guò)渡段部分4，降低天線末端的饋電波導(dǎo)等金屬結(jié)構(gòu)對(duì)輻射方向圖的影響，減小副瓣電平;所述介質(zhì)基板7的背面處設(shè)有一縱向長(zhǎng)為A和橫向?qū)挒锽的矩形金屬開(kāi)槽6，所述矩形金屬開(kāi)槽6中心到所述介質(zhì)基板7末端的金屬通孔5中心線的垂直距離為N，所述矩形金屬開(kāi)槽6中心到兩列金屬通孔5的中心線的最小垂直距離為V。
[0029]共軛直線漸變縫隙天線采用PCB工藝進(jìn)行加工，其平面結(jié)構(gòu)、體重輕便的特點(diǎn)可以保證天線質(zhì)心相較于體積重的喇叭天線更能夠保持水平，確保天線最大輻射方向不發(fā)生偏移。天線平面結(jié)構(gòu)尺寸緊湊、口徑小的特點(diǎn)使得天線對(duì)毫米波頻段的電磁波反射小。
[0030]介質(zhì)基板為厚度是20mil的RT/Dur1id6002板材，該基板的相對(duì)介電常數(shù)為2.94，介質(zhì)損耗角正切為0.0012。該基板介質(zhì)材料的損耗小，而且介電常數(shù)相對(duì)較高，可以在一定程度上縮小天線的物理尺寸，從而減小天線本身對(duì)毫米波的反射。
[0031]其次，SIW過(guò)渡段部分選擇20mil的板材厚度是基于本天線使用的基片集成波導(dǎo)(SIW)技術(shù)，該技術(shù)將天線輻射端與饋電波導(dǎo)結(jié)構(gòu)集成在同一個(gè)平面中，減小天線體積，使SIW和天線之間達(dá)到良好的饋電匹配，能夠增加天線的工作帶寬，降低回波損耗，并防止高次模的產(chǎn)生。
[0032]天線工作在較高頻段，采用介質(zhì)集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)饋電可以減小饋線損耗。在天線背面2的介質(zhì)集成波導(dǎo)上采用光刻技術(shù)蝕刻出一個(gè)金屬開(kāi)槽，并在金屬開(kāi)槽處將介質(zhì)集成波導(dǎo)與H面彎波導(dǎo)WR12/BJ740連接實(shí)現(xiàn)電磁波從H面彎波導(dǎo)WR12/BJ740到介質(zhì)集成波導(dǎo)的過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)減小天線的饋電損耗。槽的大小和開(kāi)槽位置會(huì)影響電磁波在過(guò)渡段的傳播，設(shè)計(jì)需要獲得最佳的開(kāi)槽尺寸和開(kāi)槽位置以確保電磁波在過(guò)渡段的反射最小，本實(shí)施例中最佳的開(kāi)槽尺寸A為1.84mm和B為0.92mm，開(kāi)槽位置N為2.4mm，V為1.3mm。
[0033]為了減小天線后端基板表面覆蓋的金屬及與天線基板連接的波導(dǎo)法蘭盤(pán)等結(jié)構(gòu)對(duì)天線副瓣的影響，設(shè)計(jì)時(shí)將介質(zhì)集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)延伸出一定長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度的選取是在確保天線后端金屬結(jié)構(gòu)對(duì)天線副瓣影響較小的前提下，天線縱向長(zhǎng)度的最小取值，使天線具有體積小的優(yōu)點(diǎn)。介質(zhì)集成波導(dǎo)體積小、低損耗的特點(diǎn)有利于滿足設(shè)計(jì)需求。為了保證天線的阻抗匹配以及減小回波損耗，設(shè)計(jì)時(shí)基片集成波導(dǎo)的金屬化通孔的直徑和通孔之間的距離也需要取最佳值，本實(shí)施例中金屬化通孔的直徑L為0.2mm，通孔之間的距離F為0.44mm。
[0034]共軛對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)是將原本位于直線漸變天線介質(zhì)基板一側(cè)的左右兩部分的直線漸變開(kāi)槽分開(kāi)放置在介質(zhì)基板的兩面上，形成了共軛對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)天線寬頻帶的特點(diǎn)。位于天線介質(zhì)基板雙面的直線型漸變金屬涂層在介質(zhì)基板的正反兩面上共軛形成縫隙張角，其中縫隙重疊部分的寬度也需要選取最佳值。合適的寬度值可以大大降低阻抗不匹配帶來(lái)的損耗并能夠展寬帶寬，本實(shí)施例中W取3mm，K取5mm;
[0035]共軛直線漸變縫隙天線仿真設(shè)計(jì)時(shí)采用電磁仿真軟件HFSS，天線的仿真設(shè)計(jì)過(guò)程包括基板材質(zhì)的選取、天線模型的建立、模型參數(shù)的設(shè)置以及參數(shù)的優(yōu)化。
[0036]基板材質(zhì)的選取要考慮基板材質(zhì)的介質(zhì)特性，包括介電常數(shù)、介質(zhì)損耗正切角，選擇低損耗正切角、高介電常數(shù)的基板在一定程度上能夠縮小天線的物理尺寸，有助于實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)減小天線對(duì)毫米波的反射的目的。
[0037]天線的建模、仿真過(guò)程是在電磁仿真軟件HFSS中進(jìn)行的，天線模型的建立依據(jù)其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，天線模型的結(jié)構(gòu)及詳細(xì)說(shuō)明如圖1、2和3所示。
[0038]天線模型參數(shù)的設(shè)置依據(jù)相關(guān)理論，其中介質(zhì)集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的金屬通孔直徑(L)與通孔間間距(F)要滿足0.5 < L/F<0.6及F<0.2Amin，其中Amin是工作頻段內(nèi)的最小波長(zhǎng)。天線輻射部分的長(zhǎng)度一般選擇為4-10倍的等效波長(zhǎng)，口徑寬度一般為1-2倍的等效波長(zhǎng)。仿真設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)天線輻射結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度、口徑寬度、天線共軛結(jié)構(gòu)重疊部分的寬度都進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)天線的最佳輻射效果;天線在不同頻點(diǎn)處的E面、H面方向圖如圖4、5、6所示。天線的駐波比值如圖7所示。
[0039]天線的加工采用傳統(tǒng)PCB工藝，介質(zhì)集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的金屬通孔在加工時(shí)需要對(duì)介質(zhì)基板的通孔金屬化加工。
[0040]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，該天線是一正面和背面均覆蓋金屬層的矩形介質(zhì)基板(7)結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)基板(7)的前端是一共軛直線漸變縫隙結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)橫向?qū)挒閃，縱向長(zhǎng)為K;所述介質(zhì)基板(7)的末端在橫向距離為M內(nèi)設(shè)有一排直徑為L(zhǎng)的金屬通孔(5)，相鄰金屬通孔(5)的間距為F;所述介質(zhì)基板(7)的兩側(cè)分別設(shè)有一列金屬通孔(5)，兩列金屬通孔(5)的橫向距離為M，相鄰金屬通孔(5)的縱向間隔為S;所述介質(zhì)基板(7)的背面處設(shè)有一縱向長(zhǎng)為A和橫向?qū)挒锽的矩形金屬開(kāi)槽(6)，所述矩形金屬開(kāi)槽(6)中心到所述介質(zhì)基板(7)末端的金屬通孔(5)中心線的垂直距離為N，所述矩形金屬開(kāi)槽(6)中心到兩列金屬通孔(5)的中心線的最小垂直距離為V。2.如權(quán)利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，W為3mm，K為.5mm.3.如權(quán)利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，所述縱向間隔S為0.4mm，橫向距離M為2mm。4.如權(quán)利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，所述金屬通孔(5)的直徑L為0.2mm。5.如權(quán)利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板(7)為厚度是2011^1的1?171)1140丨(16002板材，該基板的相對(duì)介電常數(shù)為2.94，介質(zhì)損耗角正切為 0.0012。6.如權(quán)利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，距離F為.0.44mm.7.如權(quán)利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，所述矩形金屬開(kāi)槽(6)長(zhǎng)A為1.84mm和寬B為0.92_。8.如權(quán)利要求1所述一種75-78GHZ共軛直線漸變縫隙天線，其特征在于，垂直距離N為.2.4mm，最小垂直距離V為1.3mm。
【文檔編號(hào)】H01Q13/10GK105846084SQ201610211105
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月6日
【發(fā)明人】王學(xué)田, 趙嘉斐, 高洪民
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)