1.基于高次模的FSIW毫米波微带天线,包括多个周期性阵列分布的天线模块;其特征在于每个天线模块为2×2天线阵列,包括天线辐射结构、两个FSIW腔体结构、Y型波导功率分配器;
所述天线辐射结构,包括天线辐射单元、第一介质层(2)、第一金属层(3);
所述的天线辐射单元包括四个大小相同、呈2×2阵列分布的金属矩形贴片(1),四个金属矩形贴片(1)间存在间隙;
所述的第一金属层(3)刻蚀有四对与金属矩形贴片(1)相对应的耦合馈电缝隙对(8);每个金属矩形贴片(1)的中心与对应耦合馈电缝隙对(8)的中心对齐;
所述耦合馈电缝隙对(8)关于第一介质层(2)长边方向轴线轴对称设置;
所述两个FSIW腔体结构关于天线模块的沿着矩形耦合缝隙(10)长边方向向轴线轴对称设置;每个FSIW腔体结构包括第一金属层(3)、第二介质层(4)、第二金属层(5)、设置在所述第二介质层(4)中间层的中间金属层(9b)、贯穿第二介质层(4)的第一金属化通孔阵列(9a)、第二金属化盲孔阵列(9d);
所述第二金属化盲孔阵列(9d)构成由SIW的两侧电壁经过折叠后重合形成的FSIW腔体电壁;
所述第一金属化通孔阵列(9a)构成由SIW的磁壁处折叠后封闭形成FSIW腔体的两侧长边金属壁和两短路金属壁;
所述中间金属层(9b)由SIW的折叠面构成,第一金属化通孔阵列(9a)所包围的两短路金属壁贯穿中间金属层(9b),其中中间金属层(9b)的长边长度长于第一金属化通孔阵列(9a)所包围的两侧长边金属壁长度;
所述FSIW腔体的两侧长边金属壁与所述中间金属层(9b)不接触;
所述第二金属层(5)刻蚀有2条矩形耦合缝隙(10),且分别位于第二金属化盲孔阵列(9d)的正下方;
所述Y型波导功率分配器采用一分二等分功分器;两条矩形耦合缝隙(10)在所述Y型波导功率分配器上的投影分别位于所述Y型波导功率分配器等分出的两条通路内。
2.根据权利要求1所述基于高次模的FSIW毫米波微带天线,其特征在于,沿着矩形耦合缝隙(10)短边方向相邻金属矩形贴片(1)间距M_x为0.5λ0~λ0,沿着矩形耦合缝隙(10)长边方向相邻金属矩形贴片(1)间距M_y为0.5λ0~λ0,其中λ0为28GHz在自由空间中所对应的波长。
3.根据权利要求1所述基于高次模的FSIW毫米波微带天线,其特征在于,所述金属矩形贴片(1)宽度Wp满足0.28λ0、长度Lp满足0.20λ0,调控天线辐射在毫米波频段。
4.根据权利要求1所述基于高次模的FSIW毫米波微带天线,其特征在于,两个FSIW腔体中心的距离和沿着矩形耦合缝隙(10)短边方向上的两个金属矩形贴片(1)间距相同。
5.根据权利要求1所述基于高次模的FSIW毫米波微带天线,其特征在于,还包括用于连接中间金属层(9b)与第一金属层(3)的边中心金属微扰柱(9c)、用于连接中间金属层(9b)与第二金属层(5)的辐射匹配金属微扰柱(9e),分别用于平分高次模和天线辐射匹配。
6.根据权利要求1所述基于高次模的FSIW毫米波微带天线,其特征在于,通过调控边中心金属微扰柱(9c)与所述第二金属化盲孔阵列(9d)构成的电壁间距离Xm、辐射匹配金属微扰柱(9e)与所述第二金属化盲孔阵列(9d)构成的电壁间距离Xs,实现调整工作带宽。
7.根据权利要求1所述基于高次模的FSIW毫米波微带天线,其特征在于,所述的矩形耦合缝隙(10)的长度Ls1为FSIW波导波长λg的四分之一,确保能够耦合谐振,其宽度Ws1应尽量的小。
8.根据权利要求1所述基于高次模的FSIW毫米波微带天线,其特征在于,所述Y型波导功率分配器包括第二金属层(5)、第三介质层(6)、第三金属层(7)、贯穿第三介质层(6)的第三金属化通孔阵列、以及耦合匹配金属微扰柱(11a)、折射微扰柱(11b)、中心金属微扰柱(11c);
所述耦合匹配金属微扰柱(11a)与矩形耦合缝隙(10)用于将能量从Y型波导功分器耦合到两个FSIW腔体中;将输入信号能量平分的中心金属微扰柱(11c)放置于“Y”字的分岔位置,通过调控中心金属微扰柱(11c)与输入端口的距离Dxv3,将被平分的能量耦合到折射微扰柱(11b),再90度耦合到矩形耦合缝隙(10)处。
9.根据权利要求8所述基于高次模的FSIW毫米波微带天线,其特征在于,所述耦合匹配金属微扰柱(11a)、折射微扰柱(11b)、中心金属微扰柱(11c)、第一金属化通孔阵列(9a)和第二金属化盲孔阵列(9d)的孔径相同。
10.根据权利要求8所述基于高次模的FSIW毫米波微带天线,其特征在于:
输入端输入电场为TE10模式的信号,信号被Y型波导功分器平分成两路等分的半功率信号;两端的半功率信号经矩形耦合缝隙(10)作用下,耦合到两个FSIW腔体;
所述FSIW腔体根据所设计的频段选择合适的宽度,公式如下:
;
其中,Co表示光速,d表示通孔直径,s表示通孔间距,表示TE20模的截止频率;
因为将SIW折叠后,第二金属化盲孔阵列(9d)的宽度,FSIW上下层的宽度并不相等,引入修正项:;
修正项作为参考,选择折叠缝隙宽度Wf;
根据波导波长的四分之一作为矩形耦合缝隙(10)的长度Ls1;
;
其中,表示所选毫米波频段的中心频率在自由空间中的波长,表示FSIW的截止频率;
信号的电场TE10模经过矩形耦合缝隙(10)的耦合作用,在矩形耦合缝隙(10)长边两侧产生了相位相反的TE20模高次模电场,然后引入边中心金属微扰柱(9c),拓展频率带宽,令其分别在FSIW上下层中心沿沿着矩形耦合缝隙(10)短边方向方向移动做电磁仿真,得到最佳性能位置,位于FSIW上层且距离第二金属化盲孔阵列(9d)的沿着矩形耦合缝隙(10)短边方向方向Xs;
最后,TE20电场在FSIW腔下层的辐射匹配金属微扰柱(9e)的匹配作用下,在耦合馈电缝隙对(8)处形成辐射场源;TE20模的两个电场相位相反,在两个折叠的FSIW腔体中作用于矩形耦合缝隙(10),产生相同的辐射场源并耦合到金属矩形贴片(1),产生相同方向的电流,电流叠加,金属矩形贴片(1)向外辐射能量增强。