CN115036711A - 一种漏波天线、天线系统 - Google Patents

Abstract

本申请适用于天线技术领域，提供了一种漏波天线、天线系统，所述漏波天线包括介质基板、第一天线阵列、第二天线阵列、馈入点，其中第一天线阵列由多个第一天线单元串联组成，第二天线阵列由多个第二天线单元串联组成，且第一天线单元和第二天线单元均呈中心对称的折线状，通过在第一天线单元中的第一折线和第三折线的内侧设置与其平行的第一金属贴片，并在其外侧设置与其垂直的第二金属贴片，在第二天线单元的第四折线和第六折线的内侧设置与其平行的第三金属贴片，并在其外侧设置与其垂直的第四金属贴片，不仅可以对第一天线单元和第二天线单元交错部分进行阻抗匹配，实现抑制天线阻带的效果，还可以增加天线边射的辐射效率。

Description

一种漏波天线、天线系统

技术领域

本申请属于天线技术领域，尤其涉及一种漏波天线、天线系统。

背景技术

漏波天线是一种常见的行波天线，具有结构简单、频带宽、增益高、扫频能力强等优点。近年来，这种天线在汽车雷达、成像系统、模拟信号处理和其他应用中的需求得到了广泛的研究。具有全空间扫描功能的漏波天线有着十分重要的应用价值，例如计算成像。

然而，常规的漏波天线从后向前扫描时，扫描区域周围存在阻带，此阻带频带内的微波回波信号缺失，导致扫描图像的残缺或失真。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种漏波天线、天线系统，可以解决扫描区域存在阻带的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种漏波天线，所述漏波天线包括：

介质基板，具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；

第一天线阵列，设于所述介质基板的第一表面；

第二天线阵列，设于所述介质基板的第二表面；

馈入点，与所述第一天线阵列和所述第二天线阵列连接；

其中，所述第一天线阵列由多个第一天线单元串联组成，所述第二天线阵列由多个第二天线单元串联组成；相邻的第一天线单元之间由第一连接传输线连接，相邻的第二天线单元由第二连接传输线连接，多个所述第一天线单元与多个所述第二天线单元一一对应；所述第一天线单元和所述第二天线单元均呈中心对称的折线状，且所述第一天线单元的中心对称点与对应的所述第二天线单元的中心对称点正对；

所述第一天线单元包括依序连接的第一折线、第二折线以及第三折线，所述第一折线与所述第三折线平行设置，且所述第一折线与所述第三折线的内侧均设有与其平行的第一金属贴片，所述第一折线与所述第三折线的外侧均设有与其垂直的第二金属贴片，所述第一折线与所述第三折线的内侧为靠近所述第二折线的一侧；

所述第二天线单元包括依序连接的第四折线、第五折线以及第六折线，所述第四折线与所述第六折线平行设置，且所述第四折线与所述第六折线的内侧均设有与其平行的第三金属贴片，所述第四折线与所述第六折线的外侧均设有与其垂直的第四金属贴片，所述第四折线与所述第六折线的内侧为靠近所述第五折线的一侧。

在一个实施例中，所述漏波天线还包括：

第一馈入缓冲结构，设于所述介质基板的第一表面，分别与所述馈入点和所述第一天线阵列连接；

第二馈入缓冲结构，设于所述介质基板的第二表面，分别与所述馈入点和所述第二天线阵列连接。

在一个实施例中，所述介质基板的介电常数的范围为28-32。

在一个实施例中，所述第一折线与所述第二折线垂直，所述第二折线与所述第三折线垂直；

所述第四折线与所述第五折线垂直，所述第五折线与所述第六折线垂直；

其中，所述第一天线单元中的第一折线与对应的所述第二天线单元中的第四折线相对设置，所述第一天线单元中的第三折线与对应的所述第二天线单元中的第六折线相对设置。

在一个实施例中，所述第一折线的宽度为0.4-0.6mm。

在一个实施例中，所述第一金属贴片的长度为2-3mm，所述第一金属贴片的宽度为0.1-0.2mm；

所述第三金属贴片的长度为2-3mm，所述第三金属贴片的宽度为0.1-0.2mm。

在一个实施例中，所述第二金属贴片的长度为2-3mm，所述第二金属贴片的宽度为0.1-0.3mm；

所述第四金属贴片的长度为2-3mm，所述第四金属贴片的宽度为0.1-0.3mm。

在一个实施例中，所述第一连接传输线的长度为1-2mm，所述第一连接传输线的宽度为0.1-0.5mm。

在一个实施例中，所述第一天线阵列包括20-50个所述第一天线单元，20-50个所述第一天线单元以方波图案设置；

所述第二天线阵列包括20-50个所述第二天线单元，20-50个所述第二天线单元以方波图案设置。

本申请实施例的第二方面提供了一种天线系统，包括如上述任一项所述的漏波天线。

本申请的实施方式中，所述漏波天线包括介质基板、第一天线阵列、第二天线阵列、馈入点，其中第一天线阵列由多个第一天线单元串联组成，第二天线阵列由多个第二天线单元串联组成，且第一天线单元和第二天线单元均呈中心对称的折线状，通过在第一天线单元中的第一折线和第三折线的内侧设置与其平行的第一金属贴片，并在其外侧设置与其垂直的第二金属贴片，在第二天线单元的第四折线和第六折线的内侧设置与其平行的第三金属贴片，并在其外侧设置与其垂直的第四金属贴片，不仅可以对第一天线单元和第二天线单元交错部分进行阻抗匹配，实现抑制天线阻带的效果，还可以增加天线边射的辐射效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种漏波天线的色散示意图；

图2是本申请实施例提供的一种漏波天线的辐射示意图；

图3是本申请实施例提供的一种漏波天线的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种第一天线单元的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种第二天线单元的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种第一天线单元与其对应的第二天线单元交错的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的一种第一天线阵列和第二天线阵列的示意图；

图8是本申请实施例提供的又一种第一天线阵列的示意图；

图9是本申请实施例提供的一种漏波天线的S11参数的曲线示意图；

图10是本申请实施例提供的一种漏波天线的方向示意图；

图11是本申请实施例提供的一种漏波天线的增益示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种漏波天线的色散图，图1的横轴表示相位常数β，图1中的纵轴表示天线频率，图2为漏波天线的辐射示意图，图2的横轴z表示天线阵列的长度，纵轴y表示天线阵列的宽度，其中，L为每个天线单元的长度，d为每个天线单元的宽度，θ为辐射角度，n为天线阵列中的天线单元的个数。参见图1和图2所示，所示，漏波天线通常通过空间谐波处在快波区域时辐射，即导波的相位常数β小于自由空间中的波数，斜率-k0至斜率k0之间的区域为快波区域，如果降低色散曲线的斜率，可以看到处在快波区域内的β2-β1会减小，f2-f1也会减小，也就是说当降低色散曲线的斜率时，漏波天线的辐射频率区间会减小但是扫描角度范围不变，从而提高天线的扫描速率。

本申请实施例提供了一种漏波天线，参见图3所示，漏波天线包括：介质基板10、第一天线阵列20、第二天线阵列30、馈入点00，介质基板10具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面，第一天线阵列20设于介质基板10的第一表面，第二天线阵列30设于介质基板10的第二表面，第一天线阵列20和第二天线阵列30共接于馈入点00。

具体的，参见图4和图5所示，第一天线阵列20由多个第一天线单元21串联组成，第二天线阵列30由多个第二天线单元31串联组成，相邻的第一天线单21之间由第一连接传输线22连接，相邻的第二天线单元31由第二连接传输线32连接，多个第一天线单元21与多个第二天线单元31一一对应。

在一个实施例中，第一天线阵列20与第二天线阵列30的结构呈轴对称设置，由于第一天线阵列20与第二天线阵列30分别设置介质基板10的两侧，且第一天线阵列20与第二天线阵列30交错设置，因此，该轴对称仅仅表示结构上的轴对称。

结合图6所示，第一天线单元21和第二天线单元31均呈中心对称的折线状，且第一天线单元21的中心对称点与对应的第二天线单元31的中心对称点正对。第一天线单元21包括依序连接的第一折线221、第二折线222以及第三折线223，第一折线221与第三折线223平行设置，且第一折线221与第三折线223的内侧均设有与其平行的第一金属贴片(金属贴片212和金属贴片213)，第一折线221与第三折线223的外侧均设有与其垂直的第二金属贴片(金属贴片211和金属贴片214)，第一折线221与第三折线223的内侧为靠近所述第二折线222的一侧。具体的，第一折线221与第三折线223交错平行，第一折线221靠近第三折线223的一侧为其内侧，第三折线223靠近第一折线221的一侧为其内侧。

结合图6所示，第二天线单元31包括依序连接的第四折线321、第五折线322以及第六折线323，第四折线321与第六折线323平行设置，且第四折线321与第六折线323的内侧均设有与其平行的第三金属贴片(金属贴片312和金属贴片314)，第四折线321与所述第六折线323的外侧均设有与其垂直的第四金属贴片(金属贴片311和金属贴片313)，第四折线321与第六折线323的内侧为靠近第五折线322的一侧。具体的，第四折线321与第六折线323交错平行，第四折线321靠近第六折线323的一侧为其内侧，第六折线323靠近第四折线321的一侧为其内侧。

在本实施例中，第一折线221、第二折线222以及第三折线223分别为第一天线单元21中的传输线的三部分，第四折线321、第五折线322以及第六折线323分别为第二天线单元31中的传输线的三部分。

在一个实施例中，传输线可以为微带线。

第一折线221、第二折线222以及第三折线223组成折线状的第一天线单21，第四折线321、第五折线322以及第六折线323组成折线状的第二天线单元31，从而使得第一天线单元21可以与其对应的第二天线单元31在空间上交错。具体的，第一折线221与第二折线222之间的角度，以及第二折线222与第三折线223之间的角度可以在0-180°之间选取，不包括0°和180°，第四折线321与第五折线322之间的角度，以及第五折线322与第六折线323之间的角度可以在0-180°之间选取，不包括0°和180°。

第一折线221的内侧设有与其平行的金属贴片212，第三折线223的内侧设有与其平行的金属贴片213，第四折线321的内侧设有与其平行的金属贴片312，第六折线323的内侧设有金属贴片314，第一折线221、第三折线223、第四折线321、第六折线323的内侧分别与其外侧相对。第一折线221的外侧设有与其垂直的金属贴片211，第三折线223的外侧设有与其垂直的金属贴片214，第四折线321的外侧设有与其垂直的金属贴片311，第六折线323的外侧设有与其垂直的金属贴片313。其中，第一天线单元21与其对应的第二天线单元31分别设于介质基板10的两侧表面，其交错部分仅仅是指空间上的交错，并不存在实际交点。

具体的，第一折线221与第三折线223的内侧为靠近所述第二折线222的一侧，第四折线321与第六折线323的内侧为靠近第五折线322的一侧，即第一天线单元21中的第一折线221与其对应的第二天线单元31中的第四折线321相对的一侧为内侧。

在本实施例中，通过在第一天线单元21中的第一折线221和第三折线223的内侧设置与其平行的第一金属贴片，并在其外侧设置与其垂直的第二金属贴片，在第二天线单元31的第四折线321和第六折线323的内侧设置与其平行的第三金属贴片，并在其外侧设置与其垂直的第四金属贴片，不仅可以对第一天线单元21和第二天线单元31交错部分进行阻抗匹配，实现抑制天线阻带的效果，还可以增加天线边射的辐射效率。

在一个实施例中，第一天线单元21与其对应的第二天线单元31的结构呈轴对称设置，由于第一天线单元21与其对应的第二天线单元31分别设置介质基板10的两侧，因此，该轴对称仅仅表示结构上的轴对称。

在一个实施例中，参见图7所示，所述漏波天线还包括第一馈入缓冲结构23和第二馈入缓冲结构33，其中，第一馈入缓冲结构23设于介质基板10的第一表面，且分别与馈入点00和第一天线阵列20连接。第二馈入缓冲结构33设于介质基板10的第二表面，分别与馈入点00和第二天线阵列30连接。

在本实施例中，通过在第一天线阵列20与馈入点00之间设置第一馈入缓冲结构23，以及在第二天线阵列30与馈入点00之间设置第二馈入缓冲结构33，可以叫降低S11。

在一个实施例中，介质基板10的介电常数的范围为28-32。

在一个实施例中，介质基板10的材料可以为陶瓷材料。

在一个实施例中，参见图4和图5所示，第一折线221与第二折线222垂直，第二折线222与第三折线223垂直；第四折线321与第五折线322垂直，第五折线322与第六折线323垂直；其中，第一天线单元21中的第一折线221与对应的第二天线单元31中的第四折线321相对设置，第一天线单元21中的第三折线223与对应的第二天线单元31中的第六折线323相对设置。

在本实施例中，第一天线单元21中的第二折线222与其对应的第二天线单元31中的第五折线322正对。

在一个实施例中，第一折线221的宽度为0.4-0.6mm。

在一个实施例中，第一折线221的宽度为0.5mm。

在一个实施例中，第一折线221的长度可以为7-8mm。

在一个实施例中，第一折线221的长度可以为7.3mm。

在本实施例中，由于第一天线单元21呈中心对称，因此，第三折线223的宽度与第一折线221的宽度相同，且第三折线223的长度与第一折线221的长度相同。

在一个实施例中，第四折线321的宽度为0.4-0.6mm。

在一个实施例中，第四折线321的宽度为0.5mm。

在一个实施例中，第四折线321的长度可以为7-8mm。

在一个实施例中，第四折线321的长度可以为7.3mm。

在本实施例中，由于第二通天线单元31呈中心对称，因此，第六折线323的宽度与第四折线321的宽度相同，且第六折线323的长度与第四折线321的长度相同。

在一个实施例中，第一金属贴片的长度为2-3mm，第一金属贴片的宽度为0.1-0.2mm；第三金属贴片的长度为2-3mm，第三金属贴片的宽度为0.1-0.2mm。

在一个实施例中，第一金属贴片的长度为3mm，第一金属贴片的宽度为0.13m。

在一个实施例中，第三金属贴片的长度为3mm，第三金属贴片的宽度为0.13m。

在一个实施例中，第二金属贴片的长度为2-3mm，第二金属贴片的宽度为0.1-0.3mm；第四金属贴片的长度为2-3mm，第四金属贴片的宽度为0.1-0.3mm。

在一个实施例中，第二金属贴片的长度为2mm，第二金属贴片的宽度为0.2mm。

在一个实施例中，第四金属贴片的长度为2mm，第四金属贴片的宽度为0.2mm。

在一个实施例中，第一连接传输线22的长度为1-2mm，第一连接传输线22的宽度为0.1-0.5mm。

在一个实施例中，第一金属贴片、第二金属贴片、第三金属贴片以及第四金属贴片的材料可以为金属铜。

在一个实施例中，第一连接传输线22的长度为1.3mm，第一连接传输线22的宽度为0.3mm。

在一个实施例中，第二连接传输线32的长度为1-2mm，第二连接传输线32的宽度为0.1-0.5mm。

在一个实施例中，第二连接传输线32的长度为1.3mm，第二连接传输线32的宽度为0.3mm。

在一个实施例中，第一馈入缓冲结构23的长度为15.2mm，第一馈入缓冲结构23的宽度可以为0.5mm。

在一个实施例中，第二馈入缓冲结构33的长度为15.2mm，第一馈入缓冲结构23的宽度可以为0.5mm。

在一个实施例中，第一天线阵列包括20-50个第一天线单元21，20-50个所述第一天线单元21以方波图案设置，同样的，第二天线阵列包括20-50个所述第二天线单元31，20-50个所述第二天线单元31以方波图案设置。

在一个实施例中，参见图8所示，第一天线阵列包括30个第一天线单元21，30个所述第一天线单元21以方波图案设置，同样的，第二天线阵列包括30个所述第二天线单元31，30个所述第二天线单元31以方波图案设置。

在一个实施例中，通过采用介电常数为30的LTCC陶瓷材料为介质基板，漏波天线的扫频范围从原来的4.5-10.2GHz到了现在的3.4—5.3GHz，实现了全空间的快速扫描。

其中，介质基板两侧的每个天线阵列包括30个天线单元，且在每个天线单元中的传输线的内侧设置与其平行的金属贴片，可以抑制阻带，并通过在每个天线单元中的传输线的外侧设置与其垂直的金属贴片，以增加边射方向的辐射效率，其S11参数的示意图、漏波天线的方向图以及增益图分别如图9、图10以及图11所示，由图9可知，S11在工作频带内全部在-10dB以下，从而成功抑制周期性漏波天线的阻带，图10表明该天线具有从后端向前端扫描的能力，实现了在3.4GHz-5.3GHz范围内的全空间快速扫描，图11表示带内峰值增益，可以看到该天线带内峰值增益较为平坦，符合微波成像等应用的要求。

本申请实施例还提供了一种天线系统，包括如上述任一项所述的漏波天线。

本申请的实施方式中，所述漏波天线包括介质基板、第一天线阵列、第二天线阵列、馈入点，其中第一天线阵列由多个第一天线单元串联组成，第二天线阵列由多个第二天线单元串联组成，且第一天线单元和第二天线单元均呈中心对称的折线状，通过在第一天线单元中的第一折线和第三折线的内侧设置与其平行的第一金属贴片，并在其外侧设置与其垂直的第二金属贴片，在第二天线单元的第四折线和第六折线的内侧设置与其平行的第三金属贴片，并在其外侧设置与其垂直的第四金属贴片，不仅可以对第一天线单元和第二天线单元交错部分进行阻抗匹配，实现抑制天线阻带的效果，还可以增加天线边射的辐射效率。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种漏波天线，其特征在于，所述漏波天线包括：

介质基板，具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；

第一天线阵列，设于所述介质基板的第一表面；

第二天线阵列，设于所述介质基板的第二表面；

馈入点，与所述第一天线阵列和所述第二天线阵列连接；

其中，所述第一天线阵列由多个第一天线单元串联组成，所述第二天线阵列由多个第二天线单元串联组成；相邻的第一天线单元之间由第一连接传输线连接，相邻的第二天线单元由第二连接传输线连接，多个所述第一天线单元与多个所述第二天线单元一一对应；所述第一天线单元和所述第二天线单元均呈中心对称的折线状，且所述第一天线单元的中心对称点与对应的所述第二天线单元的中心对称点正对；

所述第一天线单元包括依序连接的第一折线、第二折线以及第三折线，所述第一折线与所述第三折线平行设置，且所述第一折线与所述第三折线的内侧均设有与其平行的第一金属贴片，所述第一折线与所述第三折线的外侧均设有与其垂直的第二金属贴片，所述第一折线与所述第三折线的内侧为靠近所述第二折线的一侧；

所述第二天线单元包括依序连接的第四折线、第五折线以及第六折线，所述第四折线与所述第六折线平行设置，且所述第四折线与所述第六折线的内侧均设有与其平行的第三金属贴片，所述第四折线与所述第六折线的外侧均设有与其垂直的第四金属贴片，所述第四折线与所述第六折线的内侧为靠近所述第五折线的一侧。

2.如权利要求1所述的漏波天线，其特征在于，所述漏波天线还包括：

第一馈入缓冲结构，设于所述介质基板的第一表面，分别与所述馈入点和所述第一天线阵列连接；

第二馈入缓冲结构，设于所述介质基板的第二表面，分别与所述馈入点和所述第二天线阵列连接。

3.如权利要求1所述的漏波天线，其特征在于，所述介质基板的介电常数的范围为28-32。

4.如权利要求1所述的漏波天线，其特征在于，所述第一折线与所述第二折线垂直，所述第二折线与所述第三折线垂直；

所述第四折线与所述第五折线垂直，所述第五折线与所述第六折线垂直；

其中，所述第一天线单元中的第一折线与对应的所述第二天线单元中的第四折线相对设置，所述第一天线单元中的第三折线与对应的所述第二天线单元中的第六折线相对设置。

5.如权利要求2所述的漏波天线，其特征在于，所述第一折线的宽度为0.4-0.6mm。

6.如权利要求5所述的漏波天线，其特征在于，所述第一金属贴片的长度为2-3mm，所述第一金属贴片的宽度为0.1-0.2mm；

所述第三金属贴片的长度为2-3mm，所述第三金属贴片的宽度为0.1-0.2mm。

7.如权利要求5所述的漏波天线，其特征在于，所述第二金属贴片的长度为2-3mm，所述第二金属贴片的宽度为0.1-0.3mm；

所述第四金属贴片的长度为2-3mm，所述第四金属贴片的宽度为0.1-0.3mm。

8.如权利要求5所述的漏波天线，其特征在于，所述第一连接传输线的长度为1-2mm，所述第一连接传输线的宽度为0.1-0.5mm。

9.如权利要求1-8任一项所述的漏波天线，其特征在于，所述第一天线阵列包括20-50个所述第一天线单元，20-50个所述第一天线单元以方波图案设置；

所述第二天线阵列包括20-50个所述第二天线单元，20-50个所述第二天线单元以方波图案设置。

10.一种天线系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的漏波天线。

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