CN103187631B - 波导管缝隙天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波导管缝隙天线。在设计现有的发射圆偏振波的波导管缝隙天线时，需要复杂的计算，所得到的圆偏振波天线只能在窄频带得到良好的轴比。本发明的波导管缝隙天线将波导管作为馈电线路并在上述波导管的壁面上设置有直线形状的缝隙，该波导管缝隙天线的特征在于，设置有包围上述缝隙的外周且通过与上述缝隙交叉的切槽进行分割而得到的一对偏振波变换构造体。通过对现有的波导管缝隙天线附加简单的构造物，能够得到在宽频带具有良好的轴比特性的发射圆偏振波的波导管缝隙天线。

Description

波导管缝隙天线
技术领域
本发明涉及一种波导管缝隙天线，特别涉及一种能够产生圆偏振波的波导管缝隙天线的构造。
背景技术
在无线通信终端的基站等中，正在逐渐利用以波导管为馈电线路的波导管缝隙天线作为在微米波段和毫米波段中有用的天线元件。
在无线通信终端的用途中，有时希望衰减的影响比直线偏振波小的圆偏振波，要求一种发射圆偏振波的波导管缝隙天线，提出了使用各种波导管缝隙天线的圆偏振波天线。
基本上从具有直线形状的缝隙的波导管缝隙天线发射直线偏振波。
因此，现有的发射圆偏振波的波导管缝隙天线如非专利文件1~5所示那样，组合一对直线形状的缝隙以产生相互正交的偏振波，来将直线偏振波变换为圆偏振波。另外，在特开2012-65229号公报中记载了如下一种波导管缝隙天线：使寄生元件与直线形状的缝隙耦合来产生正交的偏振波成分，将直线偏振波变换为圆偏振波。
图11是表示现有的发射圆偏振波的波导管缝隙天线的例子的立体图。如图11所示，在空洞波导管89的一个壁面，偏离空洞波导管89的管轴中心线CL地设置有由两个直线形状的缝隙79、79构成的交叉缝隙59。
非专利文件1：A.J.Simmons,"Circularlypolarizedslotradiators,"IRETrans.AntennasPropag.,vol.5,pp.31-36,Jan.1957.
非专利文件2：W.J.Getsinger,"Ellipticallypolarizedleaky-wavearray,"IRETrans.AntennasPropag.,vol.10,pp.165-171,Mar.1957.
非专利文件3：T.Hirano,J.HirokawaandM.Ando,"Adesignofaleakywaveguidecrossed-slotlineararraywithamatchingelementbythemethodofmomentswithnumerical-eigenmodebasisfunctions,"IEICETransactionsonCommunication,vol.E88-B,No.3,pp.1219-1226,Sep.2004.
非专利文件4：G.Montisci,M.MusaandG.Mazzarella"Waveguideslotantennasforcircularlypolarizedradiatedfield",IEEETrans.AntennasPropag.,vol.52,pp.619-623,2004.
非专利文件5：K.Min,J.Hirokawa,K.Sakurai,M.Ando,N.GotoandY.Hara,"ACircularlyPolarizedWaveguideNarrow-wallSlotArrayusingaSingleLayerPolarizationConverter,"IEEEAP-SInternationalSymposium1996,pp.1004-1007.
发明内容
发明要解决的问题
在设计非专利文件1~5所记载的现有的波导管缝隙天线、特开2012-65229号公报所记载的波导管缝隙天线时，需要复杂的计算，作为其结果所得到的圆偏振波天线只能在窄频带得到良好的轴比。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，在一个方式中，本发明的波导管缝隙天线将波导管作为馈电线路并在上述波导管的壁面上设置有直线形状的缝隙，该波导管缝隙天线的特征在于，设置有包围上述缝隙的外周且通过与上述缝隙交叉的切槽进行分割而得到的一对偏振波变换构造体。
另外，在另一个方式中，本发明的波导管缝隙天线将波导管作为馈电线路并在上述波导管的壁面上设置有直线形状的缝隙，该波导管缝隙天线的特征在于，配置有板状的导体板，该导体板在与上述缝隙相对的位置处设置有形状与上述缝隙的形状大致相同的第一贯通孔以及与上述第一贯通孔交叉的第二贯通孔。
发明效果
通过对现有的波导管缝隙天线附加简单的构造物，能够得到在宽频带具有良好的轴比特性的发射圆偏振波的波导管缝隙天线。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的波导管缝隙天线的立体图。
图2是图1的波导管缝隙天线的分解立体图。
图3是详细说明图1的电介质波导管的图。
图4是本发明的第二实施例的波导管缝隙天线的立体图。
图5是本发明的第三实施例的波导管缝隙天线的立体图。
图6是本发明的第四实施例的波导管缝隙天线的立体图。
图7是表示第一实施例和第四实施例的增益的图表。
图8是将第四实施例应用于电介质波导管的情况下的分解立体图。
图9是表示图8的电介质波导管缝隙天线的回波损耗的图表。
图10是表示图8的电介质波导管缝隙天线的轴比特性的图表。
图11是现有的波导管缝隙天线的立体图。
附图标记说明
11、12、13、14、15、19：波导管缝隙天线；21：偏振波变换发射板；22、23、24、25：偏振波变换构造体；31、41、71、75：贯通孔；42、43、44、45：切槽；51、59：交叉缝隙；61、62、63、64、65：缝隙板；71、75、79：缝隙；81、82、83、84、89：空洞波导管；85：电介质波导管；95：电介质露出部。
具体实施方式
(实施例1)
以下，参照图1~图3来说明本发明的第一实施例。
图1是表示本发明的第一实施例的立体图，图2示出图1的分解立体图。
如图1~2所示，对于本发明的波导管缝隙天线11，在由一个侧面开口的截面为U字形的导体构成的波导管构件81的开口面配置由具有直线形状的缝隙71的导体构成的板状的缝隙板61，与缝隙板61重叠地配置有由在与缝隙71相对的位置处设置有交叉缝隙51的导体构成的板状的偏振波变换发射板21，该交叉缝隙51由形状与缝隙71相同的第一贯通孔31、处于与第一贯通孔31交叉的位置的直线形状的第二贯通孔41构成。
图3是用于详细说明偏振波变换发射板21和缝隙板61的俯视图，图3的(a)是偏振波变换发射板21的俯视图，图3的(b)是缝隙板61的俯视图。
如图3的(a)所示，在偏振波变换发射板21上设置有长度方向的长度为L1的第一贯通孔31、以规定的交叉角θ与第一贯通孔31交叉的长度方向的长度为L2的第二贯通孔41，如图3的(b)所示，在缝隙板61上，设置有长度方向的长度为L1的缝隙71。
缝隙71和第一贯通孔31的形状大致相同，缝隙71和第一贯通孔31都相对于与波导管的管轴垂直的方向旋转了θ0。
第二贯通孔41的长度方向的长度L2比第一贯通孔31的长度方向的长度L1长。
第一贯通孔31与第二贯通孔41交叉的角度θ为-90°<θ<90°(其中θ≠0)。
偏振波变换发射板21的厚度t是波长的长度的0.2~0.3倍。
通过第一贯通孔31和第二贯通孔41交叉的交叉缝隙51，产生与通过缝隙71产生的电场a正交的电场b。在该电场a和电场b相互正交且其相位差为90°的情况下，电场a与电场b的合成波为圆偏振波。
圆偏振波的旋转方向由交叉角θ决定。
在相对于第一贯通孔31向左旋转(θ＞0)地配置第二贯通孔41时，成为左旋圆偏振波天线，在向右旋转(θ＜0)地配置第二贯通孔时，成为右旋圆偏振波天线。
选择交叉角θ以使轴比特性良好，例如是30°≤θ＜90°的范围。
缝隙71相对于与波导管轴垂直的方向的角度θ0是任意的，能够以容易进行阻抗匹配的方式配置为任意的角度。
(实施例2)
图1所示的圆偏振波的波导管缝隙天线由于偏振波变换发射板的厚度厚，因此与直线偏振波的波导管缝隙天线相比，重量大幅增加。
实验的结果是，本发明的发明者们发现了即使为了减轻重量而设为只保留缝隙周围附近而去除偏振波变换发射板的大部分的构造，也能够使波导管缝隙天线作为发射圆偏振波的在宽频带具有良好的轴比特性的天线而动作。
图4是说明本发明的波导管缝隙天线的第二实施例的图，图4的(a)是用于相对于第一实施例来说明第二实施例的立体图，图4的(b)示出详细说明本发明的波导管缝隙天线的第二实施例的立体图。
如图4的(a)所示，以保留图中用虚线包围的范围的方式来切取图1所示的波导管缝隙天线11的偏振波变换发射板时，能够得到图4的(b)所示的本发明的波导管缝隙天线12。
如图4的(b)所示，对于本发明的波导管缝隙天线12，在由一个侧面开口的截面U字形的导体构成的波导管构件82的开口面配置由在波导管构件82的开口面的内侧具有直线形状的缝隙72的导体构成的板状的缝隙板62，并设置有包围缝隙71的外周、由与缝隙72交叉的直线状的切槽42进行二分割而得到的一对偏振波变换构造体22、22。偏振波变换构造体22、22相对于上述缝隙72的中心点以点对称的方式配置。
期望偏振波变换构造体22的高度是h，偏振波变换构造体22被配置在距离缝隙72的中心半波长以内的位置处。
波导管缝隙天线12将第一缝隙72和切槽42、42的组合视为虚拟的交叉缝隙，因此与第一实施例同样地能够发射圆偏振波。
(实施例3~4)
图5是表示本发明的波导管缝隙天线的第三实施例的立体图。如图5所示，切槽43也可以不是直线状。为了阻抗匹配，切槽43从第一贯通孔的中心放射状地扩展。通过改变切槽的形状，能够减小回波损耗。
图6是表示本发明的波导管缝隙天线的第四实施例的立体图。如图6所示，为了阻抗匹配，偏振波变换构造体24、24的角部被倒角。通过对偏振波变换构造体的角进行倒角，能够减小回波损耗。
图7是对通过电磁场模拟器计算第一实施例的波导管缝隙天线和第四实施例的波导管缝隙天线的增益所得的结果进行比较的图表。
在图7中，纵轴是增益(dBi)，横轴是频率(GHz)，虚线表示第一实施例的波导管缝隙天线，实线表示第四实施例的波导管缝隙天线。第一实施例的波导管缝隙天线和第四实施例的波导管缝隙天线均构成为60GHz频带的单元件的天线。
根据图7，在频率为60GHz时，相对于在第一实施例的波导管缝隙天线中增益为6.1dBi，在第四实施例的波导管缝隙天线中，能够得到9.4dBi的增益。因此，可知第四实施例所示的波导管缝隙天线的构造不只是减少天线的重量，还具有显著提高增益的效果。
本发明的波导管缝隙天线不只是应用于中空波导管，还能够应用于电介质波导管。图8是表示本发明的波导管缝隙天线的第五实施例的立体图。
如图8所示，在波导管缝隙天线15中，长方体形状的电介质的表面被导体膜覆盖，上表面的一部分设置有电介质露出的直线状电介质露出部95的电介质波导管85配置在与电介质露出部95相对的位置处具有形状与电介质露出部95形状大致相同的直线形状的缝隙75的板状缝隙板65上，并设置有包围缝隙75的外周、由与缝隙75交叉的切槽45进行二分割而得到的一对偏振波变换构造体25、25。
图9示出通过电磁场模拟器计算实施例5的波导管缝隙天线的回波损耗特性的结果。在图中，纵轴表示回波损耗(dB)，横轴表示频率(GHz)。
从图9可知，在55GHz~70GHz范围内，回波损耗为20dB以上的相对带宽为18%左右。
图10示出通过电磁场模拟器计算实施例5的波导管缝隙天线的轴比特性的结果。纵轴表示轴比(dB)，横轴表示频率(GHz)。
从图10可知，在55GHz~70GHz范围内，轴比特性为2dB以下的相对带宽为17%左右。
从图9和图10的结果可知，在回波损耗为20dB以下的范围内，轴比为2dB以下，能够得到极宽的频带特性。
根据上述的实施例，只要对在波导管的管壁上设置有直线状的缝隙的波导管缝隙天线进一步附加设置有第一贯通孔与第二贯通孔交叉的交叉缝隙的偏振波变换发射板，或者只要对在波导管的管壁上设置有直线状的缝隙的波导管缝隙天线的缝隙的外周设置一对偏振波变换构造体，就能够形成发射圆偏振波的波导管缝隙天线。
另外，本发明的波导管缝隙天线不只是能够应用于单一天线，还能够应用于阵列天线。
本申请主张基于2011年12月28日申请的日本申请第2011-287343号的优先权，并引用该日本申请所记载的全部记载内容。

Claims (5)

1.一种波导管缝隙天线，将波导管作为馈电线路并在上述波导管的壁面上设置有直线形状的缝隙，该波导管缝隙天线的特征在于，
设置有包围上述缝隙的外周且通过与上述缝隙交叉的切槽进行分割而得到的一对偏振波变换构造体。
2.根据权利要求1所述的波导管缝隙天线，其特征在于，
上述偏振波变换构造体的高度是波长的长度的0.2～0.3倍。
3.根据权利要求2所述的波导管缝隙天线，其特征在于，
上述偏振波变换构造体被配置为距上述缝隙的中心半波长以内。
4.根据权利要求3所述的波导管缝隙天线，其特征在于，
上述波导管是空洞波导管或电介质波导管。
5.一种阵列天线，使用了根据权利要求1所述的波导管缝隙天线。
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