波導(dǎo)縫隙耦合圓極化天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種波導(dǎo)縫隙耦合圓極化天線，該天線包括從上到下依次設(shè)置的橢圓輻射喇叭口、耦合縫隙、矩形腔體和矩形波導(dǎo)。橢圓輻射喇叭口固定于耦合縫隙的上方，為2×2陣列形式排布；耦合縫隙的排布方式與橢圓輻射喇叭口的排布方式相同，其中心線與橢圓輻射喇叭口在兩者交界面的投影中心線重合；矩形腔體的外邊緣與耦合縫隙的外邊緣重合，矩形腔體的長邊、短邊與矩形波導(dǎo)的長邊、短邊分別一一對應(yīng)平行。本實用新型的天線阻抗帶寬大于20％，帶寬內(nèi)增益大于16dB，輻射效率大于85％，小于3dB的軸比帶寬大于15％，整個天線結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，輻射效率高，圓極化輻射，可作為高效率子陣天線輻射單元，也可作為大型有源陣列天線子陣單元。
【專利說明】
波導(dǎo)縫隙耦合圓極化天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及衛(wèi)星通信、微波通信領(lǐng)域中高效率圓極化陣列天線，該天線設(shè)計的技術(shù)主要包括:高效率輻射技術(shù)、縫隙耦合圓極化技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在通信頻段越來越向高頻段發(fā)展，尤其在Ku、Ka波段，其頻率決定帶寬比工作在L、S波段的天線，工作在此頻段的要求天線具有尺寸小、增益高、點波束的特性，實現(xiàn)上述性能的天線主要有以下幾種天線形式，但各有優(yōu)缺點:
[0003]1、波導(dǎo)縫隙天線:該形式天線是在波導(dǎo)寬邊或窄邊進行開縫，通常有行波、駐波兩種陣列形式，但輻射單元縫隙的增益相對較低，通常只有7dB左右，由于為串饋形式，帶寬內(nèi)出現(xiàn)頻掃現(xiàn)象，隨著工作頻率的增高，要求加工精度也越高，需借助較高的焊接工藝加工制造，成品率較低，導(dǎo)致成本較高。
[0004]2、微帶貼片天線，該天線形式具有輪廓低、可集成有源器件、可實現(xiàn)輻射單元與網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計的，但天線的介質(zhì)損耗較大，且存在漏波效應(yīng)，天線單元增益低、饋電網(wǎng)絡(luò)損耗大，不利用實現(xiàn)高增益天線設(shè)計。
[0005]3、反射面天線，該形式天線在Ka頻段具有很好的射頻性能，差損低、輻射效率高、實現(xiàn)圓極化輻射相對技術(shù)較為簡單，但該形式天線物理尺寸較大，不適用在一些安裝空間狹小的場合。
[0006]4.透鏡天線，該天線形式與反射面天線類似，通常采用饋源照射介質(zhì)球、介質(zhì)餅等，使波束聚焦，實現(xiàn)高增益照射的目的，但與反射面天線同樣具有天線體積尺寸過大，與平面陣列天線比較無法共形安裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型的目的在于避免上述【背景技術(shù)】中的不足之處而提供波導(dǎo)縫隙耦合圓極化天線，本實用新型的特點是，高效率，損耗低，輻射效率高，軸比帶寬寬。
[0008]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:波導(dǎo)縫隙耦合圓極化天線，包括天線基體5以及設(shè)置在天線基體5內(nèi)的耦合縫隙2、矩形腔體3和矩形波導(dǎo)腔4，其特征在于:還包括橢圓輻射喇叭口 I，橢圓輻射喇叭口 I位于天線基體5內(nèi)部，為2 X 2陣列形式排布，橢圓輻射喇叭口 I的中心連線為正方形，且其上喇叭口與天線基體5的上表面齊平;每個橢圓輻射喇叭口 I的底部均設(shè)有呈矩形條狀的耦合縫隙2，耦合縫隙2的中心線與橢圓輻射喇叭口 I的底部橢圓的長軸重合，且?guī)缀沃行闹睾?矩形波導(dǎo)腔4的下波導(dǎo)口與天線基體5的下表面齊平;耦合縫隙2和矩形波導(dǎo)腔4通過矩形腔體3連接，矩形腔體3與矩形波導(dǎo)腔4的中心重合，矩形腔體3的長邊與矩形波導(dǎo)腔4的長邊相平行，矩形腔體3的短邊與矩形波導(dǎo)的短邊相平行。
[0009]其中，所述的橢圓輻射喇叭口I的橢圓長軸的長度為0.545λο，長短軸比值為1.18，縱向高度為0.125λο，四個橢圓輻射喇叭口 I的間距為0.866λο;其中，λο為中心頻率對應(yīng)的波長。
[0010]其中，所述的耦合縫隙2的長度為0.47λο，寬度為0.05λο;其中，λο為中心頻率對應(yīng)的波長。
[0011]其中，所述的矩形腔體3的長度為1.Uo，寬度為0.9λο，縱向高度為0.254λ0;其中，λο為中心頻率對應(yīng)的波長。
[0012]本實用新型與【背景技術(shù)】比較有如下優(yōu)點:
[0013]1、本實用新型的波導(dǎo)縫隙耦合圓極化天線由橢圓輻射喇叭口 1、耦合縫隙2、矩形腔體3和矩形波導(dǎo)腔4組成，天線阻抗帶寬大于20%，帶寬內(nèi)增益大于16dB，輻射效率大于85%，小于3dB的軸比帶寬大于15%。
[0014]2、本實用新型整個天線結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，輻射效率高，圓極化輻射，可作為高效率子陣天線輻射單元，也可作為大型有源陣列天線子陣單元。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本實用新型的分層示意圖。
[0017]圖3是本實用新型側(cè)視示意圖。
[0018]圖4是本實用新型俯視不意圖。
【具體實施方式】
[0019]參照圖1至圖4，本實用新型包括天線基體5以及在天線基體5上由上到下依次設(shè)置的四個橢圓輻射喇叭口 1、四個耦合縫隙2、矩形腔體3和矩形波導(dǎo)腔4，圖1是本實用新型三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本實用新型的分層示意圖，給出了各部件間的相對位置關(guān)系及內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成。
[0020]四個橢圓輻射喇叭口I位于最上層，其陣列排布形式為2 X 2，橢圓輻射喇叭口間距為0.866λο，其作用是接收、發(fā)射電磁信號，并按著一定的空間功率波束覆蓋要求，實現(xiàn)所需方向圖的設(shè)計。橢圓輻射喇叭口可實現(xiàn)較高的輻射增益，較寬的圓極化軸比帶寬，其橢圓長軸尺寸為0.545λο(λο為中心頻率對應(yīng)波長)；長短軸比值為1.18，橢圓輻射喇叭口的縱向高度為0.125入0。
[0021]親合縫隙2位于四個橢圓福射喇機口I的下層，排布方式與橢圓福射喇機口 I相同，呈矩形狀，其中心線與橢圓輻射喇叭口在兩者交界面的投影中心線重合，且?guī)缀沃行闹睾希渫廨喞€不超過矩形腔體3的外輪廓線。耦合縫隙2在矩形腔體3腔體上激勵起線極化電流，并耦合到橢圓輻射喇叭口中，并在其中激勵起旋轉(zhuǎn)的電場，輻射到自由空間，實現(xiàn)圓極化輻射。耦合縫隙2的長度為0.47λο，寬度為0.05λ0。
[0022]矩形腔體3位于耦合縫隙2的下層，其長度l.Uo，寬度為0.9λο，高度為0.254λο。矩形波導(dǎo)腔4在矩形腔體3中激勵起電流，并由四個耦合縫隙2在上表面擾動產(chǎn)生諧振，其物理尺寸決定了天線的工作頻段和工作帶寬，其特點是收集了四個縫隙單元的輻射能量，并由矩形波導(dǎo)腔4合成。
[0023]矩形波導(dǎo)腔4的矩形波導(dǎo)口采用標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)尺寸，其饋入矩形腔體的位置為矩形腔體的幾何中心，兩幾何體的中心及中心線重合，波導(dǎo)的長邊、短邊分別與腔體的長邊與短邊平行。
[0024]研究發(fā)現(xiàn):按著上述天線結(jié)構(gòu)尺寸配置，天線軸比小于3dB的帶寬為15%，天線的輻射效率大于85%，帶寬內(nèi)增益大于16dB。此天線結(jié)構(gòu)的特點是，實現(xiàn)了高效率圓極化天線，較適合應(yīng)用于小口徑衛(wèi)星天線系統(tǒng)中。
[0025]本實用新型工作原理如下:當(dāng)發(fā)射信號時，發(fā)射機將電磁型號通過波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換饋入到矩形波導(dǎo)中，在矩形腔體中聚集能量，并由耦合縫隙擾動上表面內(nèi)臂電流，產(chǎn)生諧振電流，此振蕩電流在橢圓輻射喇叭口中激勵起某一旋向的圓極化電磁場，并輻射到自由空間。天線的發(fā)射與接收為互易過程。
【主權(quán)項】
1.波導(dǎo)縫隙耦合圓極化天線，包括天線基體(5)以及設(shè)置在天線基體(5)內(nèi)的耦合縫隙(2)、矩形腔體(3)和矩形波導(dǎo)腔(4)，其特征在于:還包括橢圓輻射喇叭口(I)，橢圓輻射喇叭口(I)位于天線基體(5)內(nèi)部，為2X2陣列形式排布，橢圓輻射喇叭口(I)的中心連線為正方形，且其上喇叭口與天線基體(5)的上表面齊平;每個橢圓輻射喇叭口(I)的底部均設(shè)有呈矩形條狀的耦合縫隙(2)，耦合縫隙(2)的中心線與橢圓輻射喇叭口(I)的底部橢圓的長軸重合，且?guī)缀沃行闹睾?矩形波導(dǎo)腔(4)的下波導(dǎo)口與天線基體(5)的下表面齊平;耦合縫隙(2)和矩形波導(dǎo)腔(4)通過矩形腔體(3)連接，矩形腔體(3)與矩形波導(dǎo)腔(4)的中心重合，矩形腔體(3)的長邊與矩形波導(dǎo)腔(4)的長邊相平行，矩形腔體(3)的短邊與矩形波導(dǎo)的短邊相平行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)縫隙耦合圓極化天線，其特征在于:所述的橢圓輻射喇叭口(I)的橢圓長軸的長度為0.545λο，長短軸比值為1.18，縱向高度為0.125λο，四個橢圓輻射喇叭口( I)的間距為0.866λο;其中，λ。為中心頻率對應(yīng)的波長。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波導(dǎo)縫隙耦合圓極化天線，其特征在于:所述的耦合縫隙(2)的長度為0.47λο，寬度為0.05λο;其中，λο為中心頻率對應(yīng)的波長。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波導(dǎo)縫隙耦合圓極化天線，其特征在于:所述的矩形腔體(3)的長度為I.Uo，寬度為0.9λ0，縱向高度為0.254λ0;其中，λο為中心頻率對應(yīng)的波長。
【文檔編號】H01Q13/10GK205595463SQ201620136271
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年2月24日
【發(fā)明人】宋長宏
【申請人】中國電子科技集團公司第五十四研究所