基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线及设计方法

本发明涉及电子通信，尤其涉及基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线及设计方法。

背景技术：

1、漏波天线(lwas)作为经典的行波结构，因其指向性高、宽带宽、易于集成而备受青睐。随着无线通讯技术的发展，越来越多的波导结构(如矩形波导、同轴电缆、基片集成波导(siw)、半模siw(hmsiw)、基片集成同轴线(sicl)、半模基片集成同轴线、间隙波导、微带、平行板、人工表面等离子激元等)被用于微波毫米波领域漏波天线的开发和应用。通常，lwas的辐射是通过在导波结构中传播的行波泄漏而产生的。

2、最近，一项有吸引力的传输线——基片集成同轴线，其中屏蔽和非色散结构已在宽频带上得到证明，已应用于各种无源元件，如耦合器，滤波器，天线等。sicl作为一种双导体结构的传输线，可以传输tem波，具有通道损耗低、时延低、串扰小、抗电磁干扰能力强、易于加工集成等优点。它结合了siw和同轴电缆的优点，在微波毫米波器件中显示出良好的发展和应用前景。

3、对于宽带毫米波漏波天线而言，周期性漏波天线在扫描至边射方向时，由于反射强烈导致阻抗匹配特性较差无法正常工作，经常出现开阻带(osb)现象从而制约着天线的带宽。在过去的几十年里，学者们提出了一系列解决osb问题的方法，使漏波天线能够实现更宽的带宽和更广的频率扫描能力。抑制osb的方法主要有额外缝隙消除反射匹配法、短路孔匹配法、渐变半波长传输线和左右复合传输线(crlh-tl)。

4、一般来说，大多数周期性漏波天线具有单波束带频率扫描的固有特性，被应用于雷达传感、核磁共振技术、车辆通信等许多系统中。此外，一些多目标同时检测应用，如汽车多普勒雷达传感器、角度分集性能、增强合成孔径雷达(sar)系统能力、能够辐射双或多个主波束的双波束宽带天线也是迫切需要的。

5、因此，提出一种基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线及设计方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线及设计方法，可以通过用渐变缝隙和超表面结合的方法抑制开阻带、提高辐射效率；采用双漏泄源+双超表面从而实现上下空间同时高性能双波束辐射特性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线，包括：同轴馈电部分、基片集成同轴线波导部分和带介质基板的超表面层部分；

4、其中，同轴馈电部分设置于基片集成同轴线波导部分的两侧；带介质基板的超表面层部分设置于基片集成同轴线波导部分的上表面；

5、同轴馈电部分包括：

6、第一端口和第二端口；

7、其中，第一端口和第二端口设置于内导体层两端；

8、带介质基板的超表面层部分包括：

9、二维金属超表面层和超表面的介质基板部分，二维金属超表面层设置于超表面的介质基板部分上；

10、基片集成同轴线波导部分包括依次由上至下排列的：

11、基片集成同轴线波导顶层缝隙层、基片集成同轴线波导上层介质层、粘合层、基片集成同轴线波导的内导体层、基片集成同轴线波导下层介质层和金属地板。

12、上述的宽带毫米波漏波天线，可选的，每层均设置两排空气通孔，用于加装金属螺钉固定结构。

13、上述的宽带毫米波漏波天线，可选的，在基片集成同轴线波导部分的基片集成同轴线波导顶层缝隙层和金属地板同时刻蚀有周期性的缝隙，并在上下两辐射口面处附着超表面得到宽带双波束的辐射。

14、一种基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线设计方法，用于设计如上述任一项所述的一种基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线，包括以下步骤：

15、s1、数据确定步骤：确定目标宽带毫米波漏波天线的工作频率范围；

16、s2、同轴结构设计步骤：通过s1中确定的工作频率范围，设计相应的基片集成同轴结构；

17、s3、抑制开阻带步骤：在s2的得到的基片集成同轴结构基础上制作具有抑制开阻带现象的毫米波漏波天线；

18、s4、增强辐射设计步骤：在具有抑制开阻带现象的毫米波漏波天线的缝隙上方设置超表面得到增强辐射的有抑制开阻带现象的毫米波漏波天线；

19、s2中具体步骤包括：

20、s201：将s1中确定的工作频率范围导入基片集成波导的截止频率公式，得到基片集成同轴结构两排过孔之间的距离d；

21、s202：根据s201中的得到的距离d设计相应的基片集成同轴结构；

22、其中，s201中截止频率可以通过基片集成波导的截止频率公式来计算，如下式：

23、

24、式中，εre为导波结构的有效介电常数，w为波导宽度，d为金属通孔的直径，s为每排中相邻两金属通孔圆心的间距。

25、上述的方法，可选的，s3中具体内容包括：

26、s301：采用梯形槽作为半波渐变传输线抑制开阻带现象；

27、s302：利用空间谐波原理计算得到对应的缝隙的周期p，获得具有抑制开阻带现象的毫米波漏波天线。

28、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线及设计方法，具有以下有益效果：

29、1、本发明采用在基片集成同轴线波导上也开有周期性的梯形缝隙，具有更宽的阻抗带宽；其次用附着超表面的方法相结合来消除开阻带并且提高天线辐射效率；

30、2、本发明公开的本发明设计相对更为简单，不用通过附加额外周期的缝隙来消除；

31、3、本发明通过超表面的合理设计，可以实现带宽高增益频率扫描。

技术特征：

1.一种基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线，其特征在于，包括：同轴馈电部分、基片集成同轴线波导部分和带介质基板的超表面层部分；

2.根据权利要求1所述的一种基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线，其特征在于，

4.一种基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线设计方法，其特征在于，用于设计如权利要求1-3任一项所述的一种基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线设计方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了基于基片集成同轴线的宽带毫米波漏波天线及设计方法，涉及电子通信技术领域。包括从上到下依次堆叠设置的二维金属超表面层、超表面的介质基板部分、基片集成同轴线波导顶层缝隙层、基片集成同轴线波导上层介质层、粘合层、基片集成同轴线波导的内导体层、基片集成同轴线波导下层介质层和金属地板；以及设置于内导体层两端的第一端口和第二端口。本发明实现了增强辐射，提高漏波天线的辐射效率的同时满足小型化通信系统的需求。

技术研发人员：郑伟,王均宏,杜航
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17