CN102237573A - 一种平板透射式聚焦天线 - Google Patents

Abstract

一种平板透射式聚焦天线，其包括金属薄板、微波馈源，金属薄板设有周期排列的三角晶格阵列小孔，微波馈源通过小孔透射形成高定向天线。微波馈源选用喇叭天线，则其安装于距离金属薄板1～100个波长范围内。微波馈源选用偶极子天线或单极子天线，则其安装于贴近金属薄板表面中心空气孔洞上方。本发明可以实现高透射效率的波束准直，以及高定向辐射，不仅具备普通定向辐射天线的效果，同时可以实现波束整形，对于需要利用透射波束的情况也可满足要求。且结构简单、体积小、成本低、易于加工。

Description

一种平板透射式聚焦天线

技术领域

本发明涉及一种天线，尤其是一种可用于微波通讯领域的平板透射式聚焦天线。

背景技术

具有高方向性的电磁波波束可以实现远距离传输和精确定位，因此高方向性的天线在微波通讯领域具有广泛的应用前景。

微带天线通过设计每个单元的辐射位相实现高定向电磁辐射，但是其工作频率一般很窄，辐射效率也很低下。漏波天线以及喇叭波纹天线也是通过设计每一个辐射单元的辐射相位达到高定向辐射，其发射功率通常可以很大，但是通常只有单频工作。微波准直天线也可以采用宽频带高功率的反射式天线，抛物面天线是一种应用广泛的反射式高定向天线。抛物面天线由抛物面反射器和位于其焦点处的馈源组成，分为发射天线和接收天线两种。发射天线由馈源发出的电磁波经抛物面反射后，成方向性很强的平面波束向空间辐射。接收天线由抛物面反射器将垂直信号反射收集到馈源。但是这种反射式的准直器体积较大，并且要求馈源严格位于抛物面反射器的焦点上，馈源结构对反射波束的遮挡要小，反射面的加工精度要求较高，加工成本比较高昂。这大大限制了它的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种平板透射式聚焦天线，其可以实现高透射效率宽频带的波束准直以及高定向辐射，且采用冲孔薄板结构，制作简单，成本低廉。

本发明平板透射式聚焦天线需包含微波馈源和金属薄板，金属薄板具有三角晶格形式的周期小孔阵列，微波馈源通过小孔透射形成高定向天线。小孔阵列的周期需等于中心工作波长的0.8-1.2倍，小孔的直径等于阵列周期的0.1倍到1倍，对工作频带的宽窄起到调节作用，与传统的微带定向天线和漏波天线的单频工作相比，本发明最大具有30％的工作频率带宽。三角晶格具有平面晶格中最高的对称性，因而具有独特的超透射性质，可在宽频带内实现高透射效率的波束准直，以及高定向辐射。金属薄板的厚度小于工作波长的五分之一，可以是各种普通金属，如铝、铜等，可根据制作成本和力学、热学性能等要求任意选择。

微波馈源可以是喇叭天线、普通的偶极子天线、单极子天线或其他基本的微波馈源，与打孔的金属薄板组成天线的基本构成。喇叭天线可用安装在距离金属薄板1～100个波长范围内，与抛物面天线相比，馈源安装很简单，不需要严格安装在抛物面焦点位置，透射式结构避免了馈源对接受或者发射信号的阻挡。馈源如果选择偶极子天线或单极子天线等点源馈源可用粘贴固定材料固定在贴近金属薄板表面中心空气孔洞的上方，可发射高定向的电磁波辐射。

由于采用了上述方案，本发明平板透射式聚焦天线具有以下优点：

1、由平面结构组成，利用具有最高对称性三角阵列小孔实现高定向辐射和波束准直，厚度超薄，结构简单，成本低廉。

2、不需要对馈源精确定位，透射式结构避免了馈源对发射或者接受电磁波波束的影响。

3、工作频带宽度可调，最高可达到工作中心频率的30％。

附图说明

图1显示为本发明的结构示意图。

图2显示为本发明第一实施例的俯视图。

图3是实验测量的本发明第一实施例的电磁波辐射方向图以及喇叭馈源的电磁波辐射方向图。

图4为数值仿真的本发明第二实施例的E面和H面辐射方向图。

图5为实验测量的本发明第二实施例的E面和H面辐射方向图。

1-金属薄板；2-空气小孔；3-偶极子天线或单极子天线或其他微波馈源。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

图1、图2显示了本发明平板透射式聚焦天线第一实施例结构示意图，第一实施例的金属薄板由铝板冲孔制成，铝板的厚度为2mm，整个薄板的面积为0.5m×0.5m。空气小孔为周期排列的三角晶格，周期为30mm，孔的直径为15mm。馈源采用工作频率在8.2-12.4GHz的喇叭天线，安装在距离板面0.5m处。

图3中的实线显示了本发明平板透射式聚焦天线第一实施例在10.7GHz的测量辐射方向图，图中显示E面和H面的3dB宽度分别为8.1°和5.9°，而虚线显示了喇叭天线本身的辐射方向图，其E面和H面的3dB宽度分别为22°和20.6°，通过实线与虚线的对比，本发明第一实施例有效的使喇叭天线辐射波束高效准直，增强了正方向的透射效率2.21倍。

本发明的平板透射式聚焦天线的微波馈源也可以通过偶极子、单极子等不具备有定向性的微波馈源。第二实施例的金属薄板，及薄板的空气小孔阵列采取第一实施例的结构参数，馈源采用工作频率在10GHz的偶极子天线，固定在薄板上表面，中心空气孔洞上方2mm处。本发明第二实施例数值仿真和实验测量的天线的辐射方向图见图4和图5，图中显示了E面和H面的3dB宽度分别为5.6°和6.2°，方向性系数D达到1189，可见本发明可以实现高定向辐射电磁波辐射。

本发明的聚焦天线结构简单，采用平板打孔结构，成本低，易于加工。对馈源的类型和安装位置要求不高，易于和各种微波发生器件整合。利用很薄的薄板实现，体积小，使用有限的面积可以实现很高的方向性。在一定的带宽内可实现高透射效率的波束准直。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平板透射式聚焦天线，其特征在于：其包括薄板、微波馈源，薄板设有周期排列的小孔，微波馈源通过小孔透射形成高定向天线。

2.如权利要求1所述的平板透射式聚焦天线，其特征在于：所述小孔为三角晶格阵列。

3.如权利要求2所述的平板透射式聚焦天线，其特征在于：所述小孔的直径等于三角晶格周期的0.1倍到1倍。

4.如权利要求2所述的平板透射式聚焦天线，其特征在于：所述三角晶格的周期为工作波长的0.8-1.2倍。

5.如权利要求1所述的平板透射式聚焦天线，其特征在于：所述薄板为金属薄板，其厚度小于工作波长的五分之一。

6.如权利要求1所述的平板透射式聚焦天线，其特征在于：所述微波馈源为喇叭天线。

7.如权利要求1所述的平板透射式聚焦天线，其特征在于：所述微波馈源为偶极子天线或单极子天线。

8.如权利要求6所述的平板透射式聚焦天线，其特征在于：所述喇叭天线安装于距离薄板1～100个波长范围内。

9.如权利要求7所述的平板透射式聚焦天线，其特征在于：所述偶极子天线或单极子天线安装于贴近薄板表面中心空气孔洞上方。

10.如权利要求9所述的平板透射式聚焦天线，其特征在于：所述偶极子天线或单极子天线与薄板表面相距1-3mm。

Images