CN104051860A

CN104051860A - 微波天线

Info

Publication number: CN104051860A
Application number: CN201410060519.9A
Authority: CN
Inventors: 陈鹏羽; 东君伟; 阳恩主; 熊国辉; 吕小林; 张锐明
Original assignee: Tongyu Communication Inc
Current assignee: Tongyu Communication Inc
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2014-09-17

Abstract

本发明提供一种微波天线。所述微波天线包括腔体和扼流装置；所述腔体包括辐射张口、反射面和馈源，所述反射面从所述辐射张口的一端延伸到所述腔体的底部边缘，所述馈源设置在所述腔体的角落区域；所述扼流装置设置在所述辐射张口的两侧并且紧贴所述腔体的外壁。本发明提供的微波天线可以应用于点对多点架构的基站通信系统，实现高增益和低干扰的点对多点微波通信和信号覆盖的功能。

Description

微波天线

技术领域

本发明涉及微波技术领域，特别地，涉及一种用于覆盖的扇形微波天线。

背景技术

微波通信(Microwave Communication)是一种使用波长在1毫米至1米之间的电磁波(即微波)进行信号传输的通信技术。微波通信不需要固体介质，当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。微波通信具有容量大、质量好并且传输距离远等特点，因此是国家通信网的一种重要通信手段，其比较适用于城市郊区、农村城镇、沿海岛屿或者其他分散居民点等应用场景。

微波通信通常可以采用点到多点的系统架构，具体地，在中心站的覆盖范围内(比如中心站周围50公里以内)可以设置多个用户站，且每个用户站可以分出多路分别连接到用户家庭，另外根据需要还可以进一步设置微波中继站来实现远距离微波通信。在微波通信过程中，中心站可以采用全向天线向四周发射微波信号，而用户站可以通过天线接收到来自中心站的微波信号并输出给用户。

传统的微波天线采用角锥喇叭结构、角锥喇叭阵列式结构或者双反射面结构，以下分别进行简单介绍。

请参阅图1，其为角锥喇叭式微波天线的结构示意图。角锥喇叭式微波天线一般可以通过辐射喇叭口的高比不等边设计来实现电场面(E面)或磁场面(H面)方向的不等化波束设计。不过，为满足高增益辐射要求，同时实现带宽内的良好匹配，角锥喇叭式微波天线往往需要采用小角度锥变的结构，加大角锥喇叭的辐射张口。并且，因为角锥喇叭式微波天线的开口尺寸不断延伸，其口面相位容易出现反相分布形态，在一定程度上抑制了天线辐射效率，因此，角锥喇叭式微波天线一般外观笨重，尺寸较大，同时不易实现更大角度平坦辐射及高增益要求。

请参阅图2，其为角锥喇叭阵列式微波天线的结构示意图。角锥喇叭阵列式微波天线具有多个基本角锥喇叭单元，其基于标准角锥喇叭单元的辐射特性，通过两轴不等数单元排列组合以及合理的端口间相位布线优化来实现增益及方向图辐射特性。不过，角锥喇叭阵列式微波天线需要采用多个喇叭单元组合结构，且需要增加额外的阵列布线机制，其加工难度和制作成本均较高，不利于工程应用和大批量生产；另外一般也难实现方向图的不对称分布，无法满足俯仰方向小角度的高质量覆盖要求。

请参阅图3，其为双反射面微波天线的结构示意图。双反射面微波天线利用反射面天线原理，通过对主反射面的切割赋形，实现两极化的不等化辐射。不过，该双反射面微波天线的馈源系统与反射面切割边之间相距过近，因此馈源与切割边之间容易造成互耦，难以实现宽频设计；同时，双反射面微波天线也很难以实现窄波束极化方向图的不对称分布，无法满足小角度范围的高质量覆盖要求，如图4所示，在双反射面微波天线的辐射特性图的主瓣处出现零深现象。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于覆盖的扇形微波天线。

本发明提供的微波天线，包括腔体和扼流装置；所述腔体包括辐射张口、反射面和馈源，所述反射面从所述辐射张口的一端延伸到所述腔体的底部边缘，所述馈源设置在所述腔体的角落区域；所述扼流装置设置在所述辐射张口的两侧并且紧贴所述腔体的外壁。

在本发明提供的微波天线的一种较佳实施例中，所述反射面采用抛物线或者具有弧度的特定赋型曲线的截取部分。

在本发明提供的微波天线的一种较佳实施例中，所述馈源为初级照射器。

在本发明提供的微波天线的一种较佳实施例中，所述馈源与所述反射面组成偏馈结构。

在本发明提供的微波天线的一种较佳实施例中，还包括密封片，所述密封片盖设在所述腔体的辐射张口以使所述腔体具有一个密封结构。

在本发明提供的微波天线的一种较佳实施例中，所述辐射张口具有多级台阶过渡的锥削结构。

在本发明提供的微波天线的一种较佳实施例中，所述辐射张口具有斜面平滑过渡的锥削结构。

在本发明提供的微波天线的一种较佳实施例中，所述扼流装置具有竖向延伸型扼流槽结构。

在本发明提供的微波天线的一种较佳实施例中，所述扼流装置具有等距离等深度的横向延伸型扼流槽结构。

在本发明提供的微波天线的一种较佳实施例中，所述扼流装置具有不等距离不等深度的横向延伸型扼流槽结构。

本发明提供的微波天线的馈源和反射面通过腔体实现一体化集成，因此所述微波天线的结构小巧紧凑，并且所述反射面与所述馈源组成偏馈结构，其可以使得在所述微波天线在所述腔体的平面方向上的辐射方向图具有不对称结构，并且具备窄波束方向图的小角度覆盖特性，且覆盖角度范围内具有无零深幅值分布。并且，所述微波天线通过紧贴所述腔体外壁的扼流槽进行赋型调节，可以有效扼制腔体边缘绕射电磁波，满足方向图覆盖角度范围外的快速锥削，实现高性能包络要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是角锥喇叭式微波天线的结构示意图。

图2是角锥喇叭阵列式微波天线的结构示意图。

图3是双反射面微波天线的结构示意图。

图4是图3所示的双反射面微波天线的辐射特性图。

图5是本发明提供的微波天线一种实施例的立体结构示意图。

图6是图5所示的微波天线沿腔体平面方向的剖面结构示意图。

图7是图5所示的微波天线沿与腔体平面相垂直的方向的剖面结构示意图。

图8是本发明提供的微波天线第二种实施例的剖面结构示意图。

图9是本发明提供的微波天线第三种实施例的剖面结构示意图。

图10是本发明提供的微波天线第四种实施例的剖面结构示意图。

图11是本发明提供的微波天线在10.15GHz～11.7GHz频段的水平极化方位图。

图12是本发明提供的微波天线在10.15GHz～11.7GHz频段的水平极化俯仰图。

图13是本发明提供的微波天线在10.15GHz～11.7GHz频段的垂直极化方位图。

图14是本发明提供的微波天线在10.15GHz～11.7GHz频段的垂直极化俯仰图。

图15是本发明提供的微波天线在24.5GHz～29.5GHz频段的水平极化方位图。

图16是本发明提供的微波天线在24.5GHz～29.5GHz频段的水平极化俯仰图。

图17是本发明提供的微波天线在24.5GHz～29.5GHz频段的垂直极化方位图。

图18是本发明提供的微波天线在24.5GHz～29.5GHz频段的垂直极化俯仰图。

图19是本发明提供的微波天线在10.15GHz～11.7GHz频段的回波损耗仿真和测试结果。

图20是本发明提供的微波天线在24.5GHz～29.5GHz频段的回波损耗仿真和测试结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种微波天线，其可以应用于点对多点架构的基站通信系统，实现高增益和低干扰的点对多点微波通信和信号覆盖的功能。请参阅图5-图7，其为本发明提供的微波天线一种实施例的结构示意图。所述微波天线100为扇形微波天线，其包括腔体110、扼流装置120和密封片130。

其中，所述腔体110包括辐射张口114、反射面115和馈源112。所述辐射张口114为所述腔体110的顶部开口，所述反射面114为采用抛物线或者其他具有一定弧度的特定赋型曲线的截取部分的反射面，且其从所述辐射张口114的一端延伸到所述腔体110的底部边缘。

所述馈源112可以包括初级照射器，其设置在所述腔体110的角落区域，并与所述反射面115组成偏馈结构。所述馈源12可以发射具有一定赋型的电磁波能量，所述电磁波能量到达所述反射面115之后可以发生二次反射以及能量耦合，从而在所述辐射张口114形成一定的口面电场分布。另外，所述馈源112还可以连接有馈电波导，且所述馈电波导可以弯折延伸到所述腔体110的底部。

所述扼流装置120可以用来对所述腔体110的辐射张口114的口面场分布进行调制并扼制边缘绕射电平，其对称地设置在所述辐射张口114两侧，并且紧贴所述腔体110的外壁。在具体实施例中，所述扼流装置120可以通过紧固件(比如螺钉)固定到所述腔体110的外壁。所述扼流装置120包括多个扼流槽121，所述扼流槽121的开口方向与所述辐射张口114的开口方向相同。

所述密封片130可以具有“”形的横截面形状，其设置在所述腔体110的辐射张口114，从而使得所述腔体110具有一个密封结构。具体地，所述密封片130包括密封盖板131、第一延伸部132和第二延伸部133，其中所述第一延伸部132和所述第二延伸部133分别从所述密封盖板131的两侧边缘沿同一方向垂直延伸，所述密封盖板131盖设于所述辐射张口114的顶部，而所述第一延伸部132和所述第二延伸部133分别夹设于所述扼流装置120与所述腔体110的外壁之间。

所述微波天线100还可以包括安装固定组件，所述安装固定组件可以设置在所述腔体110的外部，并且来对所述微波天线100进行安装固定。

在具体实施例中，为更加有效地可控制所述微波天线100的口面场分布，所述腔体110的辐射张口114可以具有一定的锥度，比如，在本实施例中，所述辐射张口114可以采用多级台阶过渡的锥削结构，采用所述多级台阶过渡的锥削结构具有更多的匹配调节点和灵活性，并且具有较佳的可加工性和成本优势。可替代地，在其他实施例中，所述腔体110的辐射张口114也可以采用其他结构来实现一定的锥度，比如，所述辐射张口114也可以采用斜面平滑过渡的锥削结构，如图8所示。

另外，所述微波天线100的扼流装置120也可以具有多种可选的结构，比如，在图7和图8所示的实施例中，所述扼流装置120采用竖向延伸型扼流槽结构。可替代地，所述扼流装置120也可以采用等距离等深度的横向延伸型扼流槽结构，如图9所示；或者，所述扼流装置120也可以采用不等距离不等深度的横向延伸型扼流槽结构，如图10所示。

图11至图20分别为本发明提供的微波天线100在不同条件下的测试结果，其中，图11至图14分别为所述微波天线100在10.15GHz～11.7GHz频段，分别在水平极化(H-pol)和垂直极化(V-pol)的方位图和俯仰图的测试结果；图15至图18分别为所述微波天线100在24.5GHz～29.5GHz频段，分别在水平极化和垂直极化的方位图和俯仰图的测试结果。从图11至图18所示的测试结果可以看出，所述微波天线100在水平覆盖角度具有良好的平坦度，而在水平覆盖角度外可以实现有效扼流，另外在下倾方向小角度具有高质量的覆盖照射。图19和图20分别为所述微波天线100在10.15GHz～11.7GHz频段和24.5GHz～29.5GHz频段的回波损耗仿真和测试结果，从图19和图20所述微波天线100在宽频具有良好的匹配结果。

在本发明提供的微波天线100中，所述馈源112和反射面115通过腔体式一体化集成，采用此结构的微波天线100结构小巧紧凑，其加工和运输成本较低；并且，所述反射面115采用具有一定弧度的赋型曲线的截取部分，与所述馈源112组成偏馈结构，其可以使得在所述微波天线100在所述腔体110的平面方向上的辐射方向图具有不对称结构，且具备窄波束方向图的小角度覆盖特性，并且覆盖角度范围内具有无零深幅值分布。另外，所述微波天线100通过紧贴所述腔体110外壁的扼流槽120进行赋型调节，可以有效扼制腔体边缘绕射电磁波，满足方向图覆盖角度范围外的快速锥削，实现高性能包络要求。同时，所述微波天线100采用锥削结构的辐射张口114，通过张口高度及口面尺寸调节，可以有效地进行口面场分布控制，在一定程度上控制所述辐射张口114方向的波束基本宽度大小。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种微波天线，其特征在于，包括腔体和扼流装置；所述腔体包括辐射张口、反射面和馈源，所述反射面从所述辐射张口的一端延伸到所述腔体的底部边缘，所述馈源设置在所述腔体的角落区域；所述扼流装置设置在所述辐射张口的两侧并且紧贴所述腔体的外壁。

2.如权利要求1所述的微波天线，其特征在于，所述反射面采用抛物线或者具有弧度的特定赋型曲线的截取部分。

3.如权利要求1所述的微波天线，其特征在于，所述馈源为初级照射器。

4.如权利要求3所述的微波天线，其特征在于，所述馈源与所述反射面组成偏馈结构。

5.如权利要求1所述的微波天线，其特征在于，还包括密封片，所述密封片盖设在所述腔体的辐射张口以使所述腔体具有一个密封结构。

6.如权利要求5所述的微波天线，其特征在于，所述辐射张口具有多级台阶过渡的锥削结构。

7.如权利要求5至所述的微波天线，其特征在于，所述辐射张口具有斜面平滑过渡的锥削结构。

8.如权利要求1至7中任一项所述的微波天线，其特征在于，所述扼流装置具有竖向延伸型扼流槽结构。

9.如权利要求1至7中任一项所述的微波天线，其特征在于，所述扼流装置具有等距离等深度的横向延伸型扼流槽结构。

10.如权利要求1至7中任一项所述的微波天线，其特征在于，所述扼流装置具有不等距离不等深度的横向延伸型扼流槽结构。