一种V波段的SIW缝隙阵喇叭状射频天线

本发明属于射频微波领域，具体涉及一种v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线。

背景技术：

1、射频天线是用于发射和接收射频信号的关键组件，广泛应用于无线通信、广播、雷达和导航等领域。传统的喇叭天线因其笨重的扩口波导结构难以平面集成。基于pcb工艺的siw喇叭天线因其辐射效率高、易于集成等卓越的优点而被广泛应用于雷达和无线通信系统

2、申请号202011593039.0的发明专利公开了一种采用半开放式siw喇叭天线作馈源的平面伦伯透镜天线，包括介质基片、半开放式siw喇叭天线、平面伦伯透镜天线和空气阻抗匹配单元；介质基板包括一体设置的矩形板和圆形板；半开放式siw喇叭天线设在矩形板上，包括siw上层金属壁、siw下层金属壁、喇叭形金属通孔阵列和共面波导；siw上层金属壁设有关于对称轴x对称的等腰三角形缺口，底边连接圆形板；平面伦伯透镜天线设在圆形板上。空气阻抗匹配单元设置在位于半开放式喇叭形siw腔内的矩形板上，包括若干个空气孔，能够实现siw和平面伦伯透镜之间的阻抗匹配。本发明将半开放式siw喇叭天线充当平面伦伯透镜天线的馈源。然后，通过等腰三角形缺口和三阶过渡空气孔，实现阻抗匹配。

3、传统siw喇叭天线的主要问题之一是介质基板的边缘与空气之间的不匹配，从而降低了工作带宽和增益。目前已有通过介质棱镜的方式克服上述问题。但其性能受到介质基板厚度的限制。因此，一种在增益、带宽及尺寸等方面具有突出表现的v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线成为当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线，能够提升天线的带宽和增益性能。

2、为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：一种v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线，包括：

3、介质基板：所述介质基板为一体设置的矩形板；

4、微带线：所述介质基板具有平行于自身长边的对称轴x，所述微带线的一端靠近介质基板的一条短边设置，所述微带线与介质基板的长边平行；微带线沿对称轴x对称；微带线远离短边的一端连接有过渡结构；所述微带线靠近介质基板的一端与天线端口连通

5、半开放式喇叭状siw通孔：包括siw上层金属壁、siw下层金属壁、喇叭形金属通孔阵列、siw上层金属壁和siw下层金属壁分别印刷在介质基板的上表面和下表面；

6、所述喇叭形金属通孔阵列设置在介质基板中且关于对称轴x对称，包括相连接的平行金属通孔阵列和八字形通孔阵列，其中平行金属通孔阵列远离八字形通孔阵列的一侧与过渡结构远离微带线的一端连接；

7、siw上层金属壁、siw下层金属壁和喇叭形金属通孔阵列共同构成半开放式喇叭形siw腔；

8、缝隙阵：沿对称轴x对称设置，所述缝隙阵设置在平行金属通孔阵内侧；

9、所述siw上层金属壁和siw下层金属壁靠近过渡结构的一侧设有金属层切角结构；

10、辐射体结构：所述辐射体结构设置在天线口径面一端，用于将来自半开放式喇叭状siw通孔的信号辐射出去。

11、本方案的基本原理及有益效果：

12、本方案通过将微带线、siw腔、缝隙阵和辐射体结构集成在一块介质基板上，实现了天线的小型化和轻量化，便于安装和部署。本方案采用对称布局：天线设计中的微带线、缝隙阵和siw腔沿对称轴x对称布局，有助于减少天线的侧瓣辐射，提高天线的定向辐射性能。半开放式喇叭状siw腔的设计可以提供较宽的频带和较高的辐射效率。喇叭状结构有助于将能量更有效地从siw腔辐射到自由空间。微带线与siw腔之间的过渡结构有助于实现从微带线到siw腔的平滑过渡，减少信号的反射和损耗，提高天线的匹配性能。缝隙阵列设置在平行金属通孔阵内侧的缝隙阵列可以增强天线的辐射能力，提高天线的增益和方向性。金属层切角结构即在金属壁上切除一块，切角结构的发明通过减小金属层面积的方式来减少辐射损耗和杂散辐射：用于改善天线的阻抗匹配，减少信号在金属壁上的反射，进一步提升天线的性能。辐射体结构：位于天线口径面一端的辐射体结构有助于集中和定向辐射信号，提高天线的辐射效率和覆盖范围。由于siw技术的应用，天线具有较宽的工作频带，适用于多种v波段通信系统。高增益和低副瓣水平：通过优化设计，如缝隙阵列和喇叭状siw腔，天线可以实现高增益和低副瓣水平，这能够提高通信质量和减少干扰。

13、应用本发明所述v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线，具有结构简单、高增益、宽带宽、易于集成等优点。从微波传输角度来讲，微带线过渡结构更为高效，通过改善电流的平滑流动来优化器件的阻抗匹配，金属层切角结构的发明通过减小金属层面积的方式来减少辐射损耗和杂散辐射，达到优化天线性能的目的，缝隙阵的发明通过等效磁流源的方式减少开放边的辐射泄漏来提升天线指标性能，辐射体结构的发明通过影响射频信号在上下金属层间的耦合作用来提升v波段siw缝隙阵喇叭状射频天线的指标，所发明的天线在工作频率范围内有较强的实用性。

14、进一步，所述辐射体结构由六排相互平行的矩形金属贴片组成，金属贴片的长度与介质基板宽度相等；分别是第一矩形金属贴片、第二矩形金属贴片、第三矩形金属贴片、第四矩形金属贴片、第五矩形金属贴片和第六矩形金属贴片；介质基板的上下表面各三排，其中上表面固定有间隔均匀的第一矩形金属贴片、第三矩形金属贴片和第五矩形金属贴片；下表面固定有间隔均匀的第二矩形金属贴片、第四矩形金属贴片、第六矩形金属贴片；信号从半开放式喇叭状siw通孔辐射出去，先经过靠近天线口径面一端的第一矩形金属贴片和第二矩形金属贴片进行辐射，再经过第三矩形金属贴片、第四矩形金属贴片、第五矩形金属贴片和第六矩形金属贴片辐射。

15、进一步，所述siw缝隙阵喇叭状射频天线工作在v波段；所述微带线的阻值为50欧姆

16、进一步，所述过渡结构为一段四分之一波长的直角三角形拐角，过渡结构的短边贴合平行金属通孔阵列左端，且两端不超过平行金属通孔阵列的列宽。

17、有益效果：能够减少辐射损失。

18、进一步，所述平行金属通孔阵列由两排若干间隔均匀的通孔组成，相邻通孔之间的间距小于或等于工作波长的十分之一，平行金属通孔阵列的列宽大于相邻两个通孔之间间距的两倍

19、进一步，所述八字形通孔阵列为嵌套喇叭状通孔阵列。

20、有益效果：嵌套喇叭结构通过多个波导开口的相互作用，增加了辐射面的有效面积，有助于扩展天线的工作频带。嵌套结构尽管增加了天线的复杂性，但不会显著增加其物理体积。这使得在保持高性能的同时，天线可以保持相对紧凑的结构。

21、进一步，嵌套喇叭状通孔阵列与水平张角为15deg。

22、进一步，所述金属层切角结构为三角形，两条直角边长度均为2.835mm且直角与金属层直角重合。

23、进一步，所述缝隙阵由1×2阵列的矩形缝隙波导构成，缝隙阵列宽与微带线等宽，缝隙阵长度小于平行金属通孔阵列长度。

技术特征：

1.一种v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线，其特征在于：所述辐射体结构由六排相互平行的矩形金属贴片组成，金属贴片的长度与介质基板宽度相等；分别是第一矩形金属贴片、第二矩形金属贴片、第三矩形金属贴片、第四矩形金属贴片、第五矩形金属贴片和第六矩形金属贴片；介质基板的上下表面各三排，其中上表面固定有间隔均匀的第一矩形金属贴片、第三矩形金属贴片和第五矩形金属贴片；下表面固定有间隔均匀的第二矩形金属贴片、第四矩形金属贴片、第六矩形金属贴片；信号从半开放式喇叭状siw通孔辐射出去，先经过靠近天线口径面一端的第一矩形金属贴片和第二矩形金属贴片进行辐射，再经过第三矩形金属贴片、第四矩形金属贴片、第五矩形金属贴片和第六矩形金属贴片辐射。

3.根据权利要求1所述的一种v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线，其特征在于：所述siw缝隙阵喇叭状射频天线工作在v波段；所述微带线的阻值为50欧姆。

4.根据权利要求1所述的一种v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线，其特征在于：所述过渡结构为一段四分之一波长的直角三角形拐角，过渡结构的短边贴合平行金属通孔阵列左端，且两端不超过平行金属通孔阵列的列宽。

5.根据权利要求4所述的一种v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线，其特征在于：所述平行金属通孔阵列由两排若干间隔均匀的通孔组成，相邻通孔之间的间距小于或等于工作波长的十分之一，平行金属通孔阵列的列宽大于相邻两个通孔之间间距的两倍。

6.根据权利要求5所述的一种v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的一种v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线，其特征在于：嵌套喇叭状通孔阵列与水平张角为15deg。

8.根据权利要求7所述的一种v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线，其特征在于：所述金属层切角结构为三角形，两条直角边长度均为2.835mm且直角与金属层直角重合。

9.根据权利要求8所述的一种v波段的siw缝隙阵喇叭状射频天线，其特征在于：所述缝隙阵由1×2阵列的矩形缝隙波导构成，缝隙阵列宽与微带线等宽，缝隙阵长度小于平行金属通孔阵列长度。

技术总结本发明属于射频微波领域，具体涉及一种V波段的SIW缝隙阵喇叭状射频天线。包括：介质基板：所述介质基板为一体设置的矩形板；微带线的一端靠近介质基板的一条短边设置，所述微带线与介质基板的长边平行；微带线远离短边的一端连接有过渡结构；所述微带线靠近介质基板的一端与天线端口连通；半开放式喇叭状SIW通孔：包括SIW上层金属壁、SIW下层金属壁、喇叭形金属通孔阵列、SIW上层金属壁和SIW下层金属壁分别印刷在介质基板的上表面和下表面；缝隙阵设置在平行金属通孔阵内侧；还包括金属层切角结构；辐射体结构：所述辐射体结构设置在天线口径面一端，用于将来自半开放式喇叭状SIW通孔的信号辐射出去。提升了天线的带宽和增益性能。技术研发人员：吴倩楠,马斌溢,李孟委,马君利,李静,纪辛然,贾以琳受保护的技术使用者：中北大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18