CN103346405A - 一种十字缝隙天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种十字缝隙天线，属于天线技术领域。该天线由介质天线罩、辐射方腔、十字缝隙、多模波导方腔和馈电方波导组成；各部分从上到下依次层叠而成；最上层为第一层，是一块介质平板，即介质天线罩；第二层为四个金属正方形框，即辐射方腔；第三层为四个开在金属板上的十字形缝隙，即十字缝隙；第四层为一个金属正方形腔体，即多模波导方腔；第五层为一段截面为正方形的波导，即馈电方波导。本发明属于分层结构，可以分层加工，采用螺钉对各层进行连接，免去了传统天线的焊接工艺；本发明结构简单，更易于加工。

Description

一种十字缝隙天线

技术领域

本发明涉及一种十字缝隙天线，特别涉及一种双极化高效率宽频带低剖面缝隙天线，可用作各类双极化阵列天线的天线单元、双极化反射面天线的馈源，也可单独用作各类双极化电子系统的天线，属于天线技术领域。

背景技术

高性能电子系统中的天线通常要求同时具有双极化、高效率、宽频带等性能。目前的双极化天线一般采用喇叭或者微带天线的形式。喇叭天线虽然可以实现高效率、宽频带，但天线剖面很高，难以用作阵列天线的天线单元；微带天线也可实现宽频带，剖面也很低，但天线损耗较大，难以满足天线高效率的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种十字缝隙天线，解决了当前天线形式难以同时兼顾双极化、低剖面、高效率、宽频带等特性的缺点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种十字缝隙天线，该天线由介质天线罩、辐射方腔、十字缝隙、多模波导方腔和馈电方波导组成；各部分从上到下依次层叠而成；

最上层为第一层，是一块介质平板，即介质天线罩；第二层为四个金属正方形框，即辐射方腔；第三层为四个开在金属板上的十字形缝隙，即十字缝隙；第四层为一个金属正方形腔体，即多模波导方腔；第五层为一段截面为正方形的波导，即馈电方波导。

所述的介质天线罩将辐射方腔完全覆盖，二者之间紧密接触；介质天线罩的介电常数和厚度与天线的工作频带紧密相关；介质天线罩既有防尘美观的作用，也有阻抗匹配、展宽工作带宽的作用；

所述的辐射方腔的四个金属正方形框成田字形均布，四个金属正方形框的中心与下层四个十字缝隙的中心在垂直方向上的投影重合；辐射方腔的四个金属正方框作用于十字缝隙产生的口径场，使之趋于均匀分布，从而提高天线效率；

所述的十字缝隙共有四个，每相邻两个十字缝隙的中心距离相等，四个十字缝隙整体的中心与下层多模波导方腔的中心在垂直方向上的投影重合。十字缝隙的缝宽和缝长决定了天线的工作频率；

所述的多模波导方腔的中心与馈电方波导的中心在垂直方向上的投影重合；馈电方波导在多模波导方腔的内部激励起高次模，并使多模波导方腔顶部的金属板上产生两组感应电流，两组感应电流的方向与多模波导方腔的一边平行且同向；十字缝隙中垂直于电流方向的部分由于切割电流因此产生辐射，而十字缝隙中平行于电流方向的部分由于不切割电流因此不产生辐射；多模波导方腔的高度及边长决定了高次模的模式，并与天线的工作频带相关；

所述的馈电方波导可以传输电场方向空间正交的两种简并模式，传输的模式与激励的结构相关；当馈电方波导分别传输这两种模式时，在波导方腔顶部的金属板上产生的感应电流互相垂直，十字缝隙切割电流的部分也互相垂直，产生的辐射场的电场方向在空间上正交，天线便形成了双极化。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明采用多模波导方腔激励四个十字缝隙的方式实现双极化，属于平面结构，比传统喇叭天线结构更紧凑、剖面更低，更适于组成阵列天线；

本发明采用介质天线罩覆盖在纯金属天线上的结构形式，比传统微带天线损耗更小，更适于在高频使用；

本发明采用低剖面的金属正方形框将十字缝隙包围起来，构成辐射方腔，使口径场分布更均匀，口径利用效率更高；

本发明采用的介质天线罩用以阻抗匹配、展宽频带，同时有防尘美观的作用，具有结构简单、损耗小的优点；

本发明属于分层结构，可以分层加工，采用螺钉对各层进行连接，免去了传统天线的焊接工艺；本发明结构简单，更易于加工。

附图说明

图1为本发明的天线的结构示意图；

图2为本发明的天线的分层示意图二

图3为本发明的电压驻波比曲线；

图4为本发明的方向图；实线为E面方向图，虚线为H面方向图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1和图2所示，高效率十字缝隙天线，包括介质天线罩1、辐射方腔2、十字缝隙3、多模波导方腔4以及馈电方波导5。

各部分从上到下依次层叠而成。最上层为介质天线罩1；第二层为辐射方腔2；第三层十字缝隙3；第四层为多模波导方腔4；第五层为馈电方波导5。

介质天线罩1为一介质平板，完全覆盖在辐射方腔2之上，与辐射方腔2接触紧密。介质天线罩1的介电常数和厚度根据天线的工作频率和带宽确定。介质天线罩1可以通过螺接或者胶接的方式辐射方腔2上。

辐射方腔2由四个小的正方形金属框组成，成田字形排列。辐射方腔2的中心与下层的十字缝隙3的中心在垂直方向的投影重合。为了加工方便，正方形金属框的四个角可以为圆角。四个正方形金属框的共同壁厚一般为1mm。

十字缝隙3由四个十字形缝隙组成，相邻两个十字形缝隙间距相等。十字缝隙3的中心与下层多模波导方腔4的中心在垂直方向的投影重合。为了加工方便，十字缝隙形的角可以为圆角。十字缝隙的缝宽和缝长根据工作频率和带宽确定。

多模波导方腔4为一正方形金属腔体，其中心与下层馈电方波导5的中心在垂直方向上的投影重合。多模波导方腔4的边长和高度由天线的工作频率和带宽决定。为了加工方便，正方形金属体的四个角可以为圆角。

馈电方波导5为一截面为正方形的波导，它可以传输电场互相垂直的两个简并模式，激励多模波导方腔4产生高次模。为了加工方便，馈电方波导5的四个角可以为圆角。馈电方波导5的边长根据天线的工作频率和带宽决定。

本发明高效率十字缝隙天线的工作原理如下：

馈电方波导5可以传输电场方向空间正交的两种简并模式，传输的模式与激励的结构相关。当馈电方波导5传输其中一种模式时，多模波导方腔4顶部的金属板上产生与其一边平行且同向的两组感应电流。十字缝隙3中与垂直于电流方向的部分切割电流产生辐射，而平行于电流方向的部分不切割电流产生辐射。当馈电方波导5传输另一种模式时，在波导方腔4顶部的金属板上产生的感应电流的方向与第一种模式产生的感应电流的方向垂直，十字缝隙3切割电流的部分也互相垂直，产生的辐射场的电场方向在空间上正交，天线便形成了双极化。

Ka频段的高效率十字缝隙天线，其电压驻波比随频率变化曲线如图3所示。中心频率的方向图如图4所示。该天线相关尺寸为：介质天线罩1的介电常数为2．2，厚度为O．784mm二辐射方腔2的四个正方形金属框的边长为6．59mm，高度为2．18mm，圆角半径为1．5mm。十字缝隙3的缝宽为1．48mm，缝长为4．82mm，圆角半径为O．5mm；多模波导腔4的边长为12．54mm，高度为4．9mm，圆角为1．5mm；馈电方波导5的边长为5．68mm，圆角为O．5mm。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种十字缝隙天线，其特征在于：该天线由介质天线罩（1）、辐射方腔（2）、十字缝隙（3）、多模波导方腔（4）和馈电方波导（5）组成；各部分从上到下依次层叠而成；

最上层为第一层，是一块介质平板，即介质天线罩（1）；第二层为四个金属正方形框，即辐射方腔（2）；第三层为四个开在金属板上的十字形缝隙，即十字缝隙（3）；第四层为一个金属正方形腔体，即多模波导方腔（4）；第五层为一段截面为正方形的波导，即馈电方波导（5）。

2.根据权利要求1所述的一种十字缝隙天线，其特征在于：介质天线罩（1）将辐射方腔（2）完全覆盖，二者之间紧密接触。

3.根据权利要求1所述的一种十字缝隙天线，其特征在于：辐射方腔（2）的四个金属正方形框成田字形均布，四个金属正方形框的中心与下层四个十字缝隙（3）的中心在垂直方向上的投影重合；辐射方腔（2）的四个金属正方框作用于十字缝隙（3）产生的口径场。

4.根据权利要求1所述的一种十字缝隙天线，其特征在于：十字缝隙（3）共有四个，每相邻两个十字缝隙（3）的中心距离相等，四个十字缝隙（3）整体的中心与下层多模波导方腔（4）的中心在垂直方向上的投影重合。

5.根据权利要求1所述的一种十字缝隙天线，其特征在于：多模波导方腔（4）的中心与馈电方波导（5）的中心在垂直方向上的投影重合。

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