緊湊的寬帶波導(dǎo)陣元天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及波導(dǎo)陣元天線技術(shù)，尤其是一種結(jié)構(gòu)緊湊、工作頻帶寬的波導(dǎo)陣元天線。
【背景技術(shù)】
[0002]天線作為現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的重要組成部分，主要用于輻射和接收電磁能量，隨著社會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)要求的不斷提高，天線的增益、工作帶寬以及物理尺寸越來(lái)越受到人們的重視。隨著人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求日益提高，無(wú)線通信正面臨著高速率、大帶寬的挑戰(zhàn)。在無(wú)線通信領(lǐng)域，隨之發(fā)展起來(lái)的技術(shù)有ΜΜ0技術(shù)(多輸入多輸出技術(shù))、寬帶通信技術(shù)。這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)都依賴(lài)著大帶寬、易組陣的天線設(shè)計(jì)。
[0003]目前，超寬帶天線的帶寬主要取決于天線的幾何形狀，例如蝶形天線、對(duì)數(shù)周期天線、雙錐天線、Vivaldi天線、印刷單極子天線等。雖然這些天線可以集成在平面介質(zhì)基板上，但是其物理尺寸大多大于二分之一個(gè)波長(zhǎng)，較難實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的陣列天線。此外，這些天線的饋電網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜，在大規(guī)模集成時(shí)饋電網(wǎng)絡(luò)會(huì)嚴(yán)重影響陣列天線的性能。然而，諸如微帶天線、波導(dǎo)縫隙天線等結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊的天線又面臨著工作頻帶窄等問(wèn)題。
[0004]喇機(jī)天線作為一種高增益口面天線，工作頻帶較寬、加工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，一直被廣泛應(yīng)用在微波通信的各個(gè)場(chǎng)合。同時(shí)喇叭天線饋電方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在組成陣列時(shí)相互間干擾少，能夠通過(guò)控制陣元饋電形成各種所需要的方向圖。例如，現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了一種波導(dǎo)喇叭陣列，該波導(dǎo)喇叭陣列具有結(jié)構(gòu)易加工、高增益等優(yōu)點(diǎn)，但是其單元的喇叭口面較大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊。同時(shí)，該陣列在組成天線系統(tǒng)時(shí)，是采用微帶貼片進(jìn)行耦合饋電，影響了天線系統(tǒng)的整體帶寬，饋電效率也難以提高。
[0005]另一現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了喇叭陣列天線，該天線采用縫隙波導(dǎo)進(jìn)行饋電，提高了饋電效率。然而，喇叭在組成陣列天線時(shí)，喇叭尺寸過(guò)大，不利于天線的小型化；另外縫隙波導(dǎo)在饋電時(shí)缺少靈活性，不能實(shí)現(xiàn)陣列方向圖實(shí)時(shí)變換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:提供一種緊湊的寬帶波導(dǎo)陣元天線，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。
[0007]技術(shù)方案:一種緊湊的寬帶波導(dǎo)陣元天線，包括用以組成陣列天線的饋電同軸線、脊波導(dǎo)和波導(dǎo)口面；所述饋電同軸線由外至內(nèi)依次為同軸線的外導(dǎo)體、絕緣介質(zhì)和中心導(dǎo)體，饋電同軸線采用背饋形式，所述中心導(dǎo)體插接于所述脊波導(dǎo)的脊內(nèi)；所述脊波導(dǎo)和波導(dǎo)口面的外形相同且同軸連接。
[0008]優(yōu)選的，所述脊波導(dǎo)和波導(dǎo)口面的形狀(橫截面)為正方形、矩形、三角形、五邊形、六邊形、八邊形或圓形。當(dāng)脊波導(dǎo)和波導(dǎo)口面的形狀為矩形或者圓形時(shí)，其尺寸小于工作頻段標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的尺寸。所述脊波導(dǎo)內(nèi)部脊的個(gè)數(shù)為1或2個(gè)。當(dāng)脊波導(dǎo)內(nèi)部脊的個(gè)數(shù)為2個(gè)時(shí)，脊位于同一軸線上。脊波導(dǎo)內(nèi)部脊的橫截面為方形、半圓形、尖劈形、梯形、或T型。波導(dǎo)陣元天線為沿直線排布的一維線陣。波導(dǎo)陣元天線為沿任意形狀曲線排布的陣列。波導(dǎo)陣元天線為沿相互垂直的兩個(gè)方向上縱橫排布的二維陣列。所述脊波導(dǎo)包括兩個(gè)呈對(duì)稱(chēng)分布的脊，饋電同軸線的中心導(dǎo)體與其中的一個(gè)脊連接。
[0009]有益效果:本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括:波導(dǎo)口面結(jié)構(gòu)緊湊，口面尺寸遠(yuǎn)小于目前陣列中使用的喇叭天線；所使用的脊波導(dǎo)能夠起到TEM模式與波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換的作用，能夠有效拓展天線帶寬；所使用的饋電同軸線采用背饋形式，將中心導(dǎo)體插在脊波導(dǎo)內(nèi)，利用內(nèi)部的磁耦合將能量饋入脊波導(dǎo)種，縮減了截面尺寸；漏波天線可適用于各個(gè)頻段，如微波段、毫米波段；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制造；能夠用于組成寬帶、小型化天線陣列，以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字通
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【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明實(shí)施例沿軸線方向的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2a至圖2c是圖1所示實(shí)施例中各部分結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
[0012]圖3是圖1所示實(shí)施例的駐波比曲線。
[0013]圖4是圖1所示實(shí)施例的E面和Η面輻射方向圖。
[0014]圖5是圖1所示實(shí)施例組成一維陣列的主視圖。
[0015]圖6是圖1所示實(shí)施例組成一維陣列的后視圖。
[0016]圖7是圖1所示實(shí)施例組成一維陣列后各波導(dǎo)陣元天線的駐波比曲線。
[0017]圖8是圖1所示實(shí)施例組成一維陣列后各波導(dǎo)陣元天線間隔離度。
[0018]圖9a至圖9c是本發(fā)明另一實(shí)施例各部分結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
[0019]圖10a至圖10c是本發(fā)明再一實(shí)施例各部分結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
[0020]圖11是另一種一維陣列的主視圖。
[0021]圖12是一種二維陣列的主視圖。
[0022]圖13a至圖13c是其他實(shí)施例的橫截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，申請(qǐng)人經(jīng)深入研究后，提出了一種結(jié)構(gòu)緊湊、工作頻帶寬的波導(dǎo)陣元天線，其饋電形式簡(jiǎn)單、易于機(jī)械加工，同時(shí)便于組成小型化、低剖面天線陣列。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明緊湊的寬帶波導(dǎo)陣元天線包括順次設(shè)置的饋電同軸線、脊波導(dǎo)、波導(dǎo)口面三部分。其中，饋電同軸線的中心導(dǎo)體插在脊波導(dǎo)的脊內(nèi)；脊波導(dǎo)與波導(dǎo)口面軸向直接相連，起到同軸線中TEM模式到波導(dǎo)口面中波導(dǎo)模式的轉(zhuǎn)化作用。波導(dǎo)尺寸可以小于其工作頻帶標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)陣列天線小型化；波導(dǎo)陣元天線采用背饋形式，實(shí)現(xiàn)陣列天線低剖面。
[0025]上述波導(dǎo)陣元天線可通過(guò)不同形狀的波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，因此可根據(jù)具體組陣形式靈活選擇。同時(shí)，波導(dǎo)中脊的數(shù)量也可以根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行選擇，以下為幾種優(yōu)選方案:
方案1.波導(dǎo)陣元天線采用矩形截面的波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，其中矩形脊波導(dǎo)的脊位于矩形波導(dǎo)的寬邊或窄邊。
[0026]方案2.波導(dǎo)陣元天線采用六邊形截面的波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，其中六邊形脊波導(dǎo)的脊位于波導(dǎo)的某一邊的中心位置。
[0027]方案3.波導(dǎo)陣元天線采圓形截面的波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，其中圓形脊波導(dǎo)的脊可位于圓波導(dǎo)的邊緣任意位置。其中，脊波導(dǎo)的脊為方形、半圓形、尖劈形或T字形。
[0028]方案4.波導(dǎo)陣元天線中的脊波導(dǎo)采用雙脊設(shè)計(jì)，雙脊波導(dǎo)的脊呈對(duì)稱(chēng)分布，饋電同軸線的中心導(dǎo)體直接插入其中一脊。雙脊設(shè)計(jì)中的兩個(gè)脊采用相同形狀的脊，或則采用不同形狀的脊。
[0029]為了便于理解，下面通過(guò)實(shí)施案例來(lái)對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]圖1顯示了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其工作頻段為Ku波段12~18GHz。該實(shí)施例中的波導(dǎo)陣元天線包括矩形的波導(dǎo)口面11、矩形的脊波導(dǎo)12以及饋電同軸線13。
[0031]其中，饋電同軸線13采用背饋形式，其中心導(dǎo)體15直接