新型W波段小型化高增益波导天线阵列的制作方法

新型w波段小型化高增益波导天线阵列
技术领域
1.本发明涉及波导天线技术领域，具体地，涉及一种新型w波段小型化高增益波导天线阵列。


背景技术：

2.随着现代无线技术的发展，宽频带、高传输速率、小型化和多功能集成的通信设备成为发展趋势，由于毫米波等高频段能满足以上需求成为近年来研究的热点。
3.通常毫米波定义的频率范围为30～300ghz，对应的波长为1mm～10mm，本发明所涉及的w波段波导天线属于毫米波天线。
4.毫米波相对于低频段有如下优点：1、在相对带宽一定的条件下，有更宽的绝对带宽；2、毫米波的波长短，在电长度保持不变的条件下可以大大缩小器件的实际尺寸；3、相同物理尺寸的口径面条件下天线增益更高，从而有更高的角度分辨率和更好的抗干扰能力；4、因其波长短，在目标速度保持不变的条件下，可以实现更大的多普勒频移，从而提高测速的灵敏度；5、在发射功率一定的条件下，毫米波传输距离短，信号难以被外界截获，大大提高区域通信的安全性。
5.专利文献cn110504530a(申请号：cn201910804897.6)公开了能实现一维大角度波束扫描的波导终端开缝天线阵列，其中心频率为93ghz，包含8*8共64个天线单元，增益为21db。而本发明中心频率为94ghz，包含64*8共512个天线单元，增益达到34.26db，具有更高的增益，且本发明采用4个天线单元集中馈电的方式，减少了一层馈电网络，实现了天线的小型化。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种新型w波段小型化高增益波导天线阵列。
7.根据本发明提供的新型w波段小型化高增益波导天线阵列，其特征在于，包括：天线阵元、馈电网络和馈电端口；
8.所述天线阵元位于最上方，所述三层馈电网络位于中间，所述馈电端口位于最下方；
9.所述馈电网络与天线阵元和馈电端口互相连接。
10.优选的，整个天线为一个长方体金属结构，内部通过空气腔实现电波传播。
11.优选的，天线阵列包含512个天线单元，排布方式为64*8。
12.优选的，所述馈电网络分为三层，用以实现阻抗匹配。
13.优选的，所述馈电网络在设计时采取包括刻槽、加圆柱的技术手段，改善阻抗匹配问题。
14.优选的，天线中心频率为94ghz，带宽为92ghz～96ghz。
15.优选的，所述天线阵列的长度为100mm，宽度为20mm，高度为11.625mm。
16.优选的，所述天线阵元的高度为3mm，位于天线阵元下方的三层馈电网络的总高度为4.35mm，位于最下方的馈电端口高度为4.275mm。
17.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
18.(1)本发明采用四个天线单元集中馈电的形式，减少了一层馈电网络，实现了天线的小型化，整体尺寸为100mm
×
20mm
×
11.625mm；
19.(2)本发明通过对天线单元和馈电网络进行优化，实现了天线的高增益，增益达到34.26db；
20.(3)本发明为金属结构，内部空气腔模型复杂度不高，便于加工；
21.(4)本发明所采用的矩形波导结构相比于同轴线、微带线和带状线结构，具有传输功率容量高，损耗低，传输过程中能量辐射小和高q值的优点，本发明所涉及的波导天线具有更好的电特性。
附图说明
22.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
23.图1为本发明基本结构示意图；
24.图2为本发明内部空气腔正面示意图；
25.图3为本发明内部空气腔侧面示意图；
26.图4为本发明内部空气腔背面示意图；
27.图5为本发明vswr参数的仿真图；
28.图6为本发明方向图的仿真图。
具体实施方式
29.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
30.实施例：
31.本发明的目的在于提供一种高增益、低旁瓣、小型化的w波段波导天线阵列。
32.本发明的w波段小型化高增益波导天线阵列包括天线阵元101、位于天线阵元下方的三层馈电网络102、103、104，以及最下方的馈电端口105。
33.优选的，整个天线为一个长方体金属结构，内部通过空气腔实现电波传播。
34.优选的，天线阵面包含64*8共512个天线单元。
35.馈电网络分为三层，用以实现阻抗匹配，馈电网络在设计时采取了刻槽、加圆柱等多种技术手段改善了阻抗匹配问题。
36.优选的，天线阵元位于最上方，三层馈电网络位于中间，馈电端口位于最下方，其中馈电网络与天线阵元和馈电端口互相连接。
37.如图1所示，本发明的w波段小型化高增益波导天线阵列，为一个长方体金属，内部为空气腔结构，包含64*8共512个天线单元，天线阵列长度l为100mm，宽度w为20mm，高度h为
11.625mm，整体尺寸较小，实现了天线的小型化。
38.如图2、3、4所示，本发明的w波段小型化高增益波导天线阵列，其天线阵元高度h1为3mm，位于天线阵元下方的三层馈电网络总高度h2为4.35mm，位于最下方的馈电端口高度h3为4.275mm。
39.如图5所示，本发明的w波段小型化高增益波导天线阵列，其中心频率为94ghz，驻波在92ghz～96ghz均在1.5以下，达到了优异的阻抗匹配效果。
40.如图6所示，本发明的w波段小型化高增益波导天线阵列，其方向图对称，旁瓣较低，增益达到34.26db，实现了高增益，具有优异的电特性。
41.在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
42.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
43.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种新型w波段小型化高增益波导天线阵列，其特征在于，包括：天线阵元、馈电网络和馈电端口；所述天线阵元位于最上方，所述三层馈电网络位于中间，所述馈电端口位于最下方；所述馈电网络与天线阵元和馈电端口互相连接。2.根据权利要求1所述的新型w波段小型化高增益波导天线阵列，其特征在于，整个天线为一个长方体金属结构，内部通过空气腔实现电波传播。3.根据权利要求1所述的新型w波段小型化高增益波导天线阵列，其特征在于，天线阵列包含512个天线单元，排布方式为64*8。4.根据权利要求1所述的新型w波段小型化高增益波导天线阵列，其特征在于，所述馈电网络分为三层，用以实现阻抗匹配。5.根据权利要求1所述的新型w波段小型化高增益波导天线阵列，其特征在于，所述馈电网络在设计时采取包括刻槽、加圆柱的技术手段，改善阻抗匹配问题。6.根据权利要求1所述的新型w波段小型化高增益波导天线阵列，其特征在于，天线中心频率为94ghz，带宽为92ghz～96ghz。7.根据权利要求1所述的新型w波段小型化高增益波导天线阵列，其特征在于，所述天线阵列的长度为100mm，宽度为20mm，高度为11.625mm。8.根据权利要求1所述的新型w波段小型化高增益波导天线阵列，其特征在于，所述天线阵元的高度为3mm，位于天线阵元下方的三层馈电网络的总高度为4.35mm，位于最下方的馈电端口高度为4.275mm。
技术总结
本发明提供了一种新型W波段小型化高增益波导天线阵列，包括：天线阵元、馈电网络和馈电端口；所述天线阵元位于最上方，所述三层馈电网络位于中间，所述馈电端口位于最下方；所述馈电网络与天线阵元和馈电端口互相连接。本发明涉及的天线为工作于94GHz的新型W波段小型化高增益波导天线阵列，该波导天线阵列具有小型化、高增益和结构简单等优点，有望在毫米波波导天线技术领域发挥重要作用。波导天线技术领域发挥重要作用。波导天线技术领域发挥重要作用。


技术研发人员：梅家赫 王辉 郑世超 陈翔
受保护的技术使用者：上海卫星工程研究所
技术研发日：2021.02.25
技术公布日：2021/6/29