(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111604670.0 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 中国航天科工集团八五一 一研究所 地址 211103 江苏省南京市江宁区建衡路 99号 (72)发明人 李聪　汤永浩　汪小红　干鹏　 严硕　于航晨　刘飞　马益路　 顾阳阳　王寒冰　李晨　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 代理人 朱沉雁 (51)Int.Cl. H01Q 9/04(2006.01) H01Q 1/38(2006.01) H01Q 1/50(2006.01)H01Q 13/06(2006.01) H01Q 13/18(2006.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种宽带开口波导辐射天线及其设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种宽带开口波导辐射天线 及其设计方法， 包括基片集成波导馈电结构、 辐 射贴片、 匹配波导和开口波导辐射器。 根据频率 范围、 天线波束宽度、 结构限制的空间范围、 加工 工艺的要求确定开口波导辐射器的口径尺寸、 间 距、 基片集成波导尺寸再进行制造上述宽带开口 波导辐射天线。 本发明可使用体硅MEMS工艺实 现， 加工精度高、 易与各类毫米波芯片集成进行 一体化设计和生产； 该宽带开口波导辐射天线结 构简单， 降低了波导天线的加工难度， 降低了生 产成本。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 114267951 A 2022.04.01 CN 114267951 A 1.一种宽带开口波导辐射天线， 其特征在于： 包括上基板(5)和位于上基板(5)底面的 基片集成波导馈电结构(4)， 在上基板(5)上开有一个矩形的空气腔， 作为开口波导辐射器 (1)， 所述基片集 成波导馈电结构(4)带有谐振腔， 将基片集 成波导馈电结构(4)顶 面的金属 层刻蚀环形缝隙形成矩形的辐射贴片(3)， 辐射贴片(3)正对开口波导辐射器(1)位置， 且位 于谐振腔内。 2.根据权利要求1所述的宽带开口波导辐射天线， 其特征在于： 当开口波导辐射器(1) 和基片集成波导馈电结构(4)驻波不匹配时， 在两者之间增设匹配波导(2)实现阻抗匹配， 所述匹配波导(2)位于上基板(5)上。 3.一种宽带开口波导辐射天线的设计方法， 其特 征在于， 步骤如下： 步骤1、 根据所需天线的中心频率、 E面和H面波束宽度参数， 结合HFSS仿真， 确定矩形开 口波导辐射器(1)的长为W5和宽为L5； 根据加工工艺的要求确定开口波导辐射器(1)的高度， 转入步骤2； 步骤2、 根据加工工艺的要求确定基片集成波导馈电结构(4)的金属通孔半径R、 相邻金 属通孔间距d， 转入步骤3； 步骤3、 根据所需天线 的输入端 口的特性阻抗参数， 结合HFSS仿真， 确定基片集成波导 的输入端口尺寸 Win， 转入步骤4； 步骤4、 根据开口波导辐 射器(1)的长W5和宽L5、 所需天线的输入端口的特性阻抗、 所需 天线驻波要求， 结合HFSS仿真， 确定基片集成波导馈电结构(4)谐振腔的长 W3和宽L3， 以及辐 射贴片(3)的长W2和宽L2， 转入步骤5； 步骤5、 根据步骤1至步骤4确定的参数以及所需天线的性能参数， 结合HFSS仿真， 判断 是否满足 天线的驻波性能， 若满足， 设计完成； 若不满足， 转入步骤6； 步骤6、 在开口波导辐射器(1)下方增设匹配波导(2)， 确定匹配波导(2)的长W4和宽L4， 转入步骤7； 步骤7、 判断此时天线的性能参数与所需性能是否存在差异， 若存在差异返回步骤4， 直 至得出的天线的性能参数与所需性能匹配。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114267951 A 2一种宽带开口波导辐射天线 及其设计方 法 技术领域 [0001]本发明属于天线领域， 具体涉及一种宽带开口波导辐射天线及其设计方法。 背景技术 [0002]天线(antenna)是一种变换器， 它把传输线上传播的导行波， 变换成在无界媒介 (通常是自由空间)中传播的电磁波， 或者进行相反的变换。 在无线电设备中用来发射或接 收电磁波的部件。 无线电通信、 广播、 电视、 雷达、 导航、 电子对抗、 遥感、 射电天文等工程系 统， 凡是利用电磁波来传递信息的， 都依靠天线来进行工作。 此外， 在用电磁波传送能量方 面， 非信号的能量辐射也需要天线。 一般天线都具有 可逆性， 即同一副天线既可用作发射 天 线， 也可用作接收天线。 同一 天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。 这就是天线的 互易定理。 [0003]近年来， 随着无人驾驶汽车技术的快速发展， 用于无人驾驶汽车的天线系统也得 到了快速发展。 其中， 对于用于目标探测的数字波束合成天线系统来说， 一般安装在 汽车四 周， 因此这些天线系统都具有良好的机动性， 从而对这些天线的要求也就更高。 比如： 小型 化、 低损耗、 高增益、 高效率、 宽波束等。 进而对天线的设计和加工也提出了更高的要求。 比 如： 更高的加工精度、 天线系统一体化设计和加工等。 为了减少天线系统的高度， 天线一般 设计为平面阵列天线， 因此波导天线得到 了很好的应用。 [0004]现有的波导天线馈电结构复杂， 增加了天线的加工难度， 传统加工工艺也难以保 证天线加工精度。 同时存在难与射频系统集成， 无法进行一体化设计和 加工的问题。 发明内容 [0005]本发明的目的在于提供一种宽带开口波导辐射天线及其设计方法， 解决了现有技 术结构复杂， 加工难； 难以与射频系统集成， 难以进行一体化设计和加工的问题； 同时解决 了高介电常数硅介质SI W和空气填充辐射波导匹配的问题。 [0006]实现本发明的技术解决方案为： 一种宽带开口波导辐射天线， 包括上基板和位于 上基板底面的基片集成波导馈电结构， 在上基板上开有一个矩形 的空气腔， 作为开口波导 辐射器， 所述基片集成波导馈电结构带有谐振腔， 将基片集成波导馈电结构顶面的金属层 刻蚀环形 缝隙形成矩形的辐射贴片， 辐射贴片正对开口波导辐射器位置， 且位于谐振腔内。 [0007]一种宽带开口波导辐射天线的设计方法， 步骤如下： [0008]步骤1、 根据所需天线的中心频率、 E面和H面波束宽度参数， 结合HFSS  仿真， 确定 矩形开口波导辐射器的长 为W5和宽为L5。 根据加工工 艺的要求确定 开口波导辐射器的高度， 转入步骤2。 [0009]步骤2、 根据加工工艺的要求确定基片集成波导馈电结构的金属通孔半径R、 相邻 金属通孔间距d， 转入步骤3 。 [0010]步骤3、 根据所需天线的输入端口的特性阻抗参数， 结合HFSS仿真， 确定基片集成 波导的输入端口尺寸 Win， 转入步骤4。说　明　书 1/4 页 3 CN 114267951 A 3