CN105428815B - 一种全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线，属于天线技术领域，其包括谐振腔以及位于谐振腔中的馈源；馈源包括圆波导，在圆波导上设有金属膜片；谐振腔包括部分反射表面和金属接地板，馈源设置在金属接地板上；部分反射表面和金属接地板相互平行。本发明的高增益低剖面谐振天线，通过部分反射表面以及与部分反射表面平行的金属接地板构成谐振腔，利用谐振特性使得不需要采用阵列结构，增益即可得到显著的提高；由于金属接地板的上表面由抛物面构成，通过调节抛物面的曲率可以显著提高天线的增益带宽；结构更加简单，具备很好的实用性。

Description

一种全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线。
背景技术
传统的高增益天线主要有反射面天线和阵列天线。前者反射面的三维非平面结构特点使得天线系统不易与星载或机载平台进行一体化共形设计、缺乏设计灵活性；后者由于组阵带来的馈线网络的损耗及单元间的互耦不可避免，从而降低了天线的效率，在微米与毫米波段尤其突出。
近年来，随着天线技术的发展涌现出一些新型的高增益天线如基于超材料的高增益天线，基于Fabry-Perot谐振腔的谐振天线，但上述天线都面临着增益带宽较窄的问题，从而影响了此类天线的实际使用。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线，解决了现有高增益天线增益较窄的问题，避免了由馈电网络带来的馈电复杂性和降低了单元间的互耦对天线性能的影响。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线，包括谐振腔以及位于谐振腔中的馈源；所述的馈源包括圆波导，在圆波导上设有金属膜片；所述的谐振腔包括部分反射表面和金属接地板，所述的馈源设置在金属接地板上；所述的部分反射表面和金属接地板相互平行。
所述的部分反射表面通过紧固件与金属接地板相连。
所述的紧固件为四个，分布在部分反射表面的四个角。
所述的部分反射表面由若干相互垂直的金属栅条组成，金属栅条等间距设置。
所述的金属接地板在谐振腔内侧的表面为抛物面。
所述的馈源设置在抛物面最凹处。
所述的部分反射表面和金属接地板间的中心距离满足d＝(1/2+n/2)λ0的条件，其中λ0为中心频率电磁波的自由空间波长，n为整数。
有益效果：与现有技术相比，本发明的全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线，通过部分反射表面以及与部分反射表面平行的金属接地板构成谐振腔，利用谐振特性使得不需要采用阵列结构，增益即可得到显著的提高；由于金属接地板的上表面由抛物面构成，通过调节抛物面的曲率可以显著提高天线的增益带宽；由于采用了单个馈源进行馈电，避免了由馈电网络带来的馈电复杂性和降低了单元间的互耦对天线性能的影响，纵向尺寸小，结构更加简单，具备很好的实用性。
附图说明
图1为全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线结构示意图；
图2为全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线的侧视图；
图3为部分反射表面的结构示意图；
图4为金属接地板的结构示意图；
图5为部分反射表面单元结构示意图；
图6为模拟仿真反射系数曲线图；
图7为模拟仿真增益频响曲线图；
图8为模拟仿真水平面方向图；
图9为模拟仿真垂直面方向图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
如图1-4所示，一种全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线，包括谐振腔2以及位于谐振腔2中的馈源1。
馈源1包括圆波导11，在圆波导11上设有金属膜片12。谐振腔2包括部分反射表面21和金属接地板23，馈源1设置在金属接地板23上；部分反射表面21和金属接地板23相互平行，部分反射表面21通过紧固件25与金属接地板23相连。紧固件25为四个，分布在部分反射表面21的四个角。
部分反射表面21由若干相互垂直的金属栅条22组成，金属栅条22等间距设置。其中，当横向和纵向设置的金属栅条数量相等时，如图5所示，为部分反射表面单元结构，其为正方形，两个相邻金属栅条22之间的距离为P(相邻金属栅条的中心线之间的距离)，金属栅条的宽度为2w。当然本发明并不局限于图5所示的最小单元，当横向和纵向设置的金属栅条数量不相等时，部分反射表面也会出现矩形结构单元。
金属接地板23在谐振腔2内侧的表面为抛物面24；部分反射表面21和金 属接地板23间的中心距离满足d＝(1/2+n/2)λ0的条件，其中λ0为中心频率电磁波的自由空间波长，n为整数。中心距离d是抛物面24最凹处和部分反射表面21之间的间距。其中λ0单位为mm，d单位为mm。
如图6所示，抛物面24由抛物线绕法线方向旋转而成，且抛物线满足标准的抛物线方程。
为了便于说明各结构参数的设计过程，给定结构参数：金属栅条22的宽度2w＝4mm，两个相邻金属栅条22之间的距离为P＝9mm，部分反射表面21的边长为120mm，中心频率f＝14GHz，金属接地板23与部分反射表面21之间的中心距离9.5mm，满足:d≈1/2λ0，其中λ0为中心频率电磁波的自由空间波长。选用仿真软件如Ansoft公司的HFSS、CST公司的Microwave Studio CST等高频仿真软件，在计算机上模拟仿真得到：如图6所示的反射系数曲线图，其中反射系数小于等于-10dB的带宽达到8.2％、图7所示的增益频响曲线图，其中增益降落1dB(从增益最大值算起下降1dB)的带宽达到了7.8％、图8所示的水平面方向图、图9所示的垂直面方向图。以上得到的曲线实在给定条件下获得，若改变结构参数也可以获得相似的曲线。

Claims (5)

1.一种全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线，其特征在于：包括谐振腔(2)以及位于谐振腔(2)中的馈源(1)；所述的馈源(1)包括圆波导(11)，在圆波导(11)上设有金属膜片(12)；所述的谐振腔(2)包括部分反射表面(21)和金属接地板(23)，所述的馈源(1)设置在金属接地板(23)上；所述的部分反射表面(21)和金属接地板(23)相互平行；所述的部分反射表面(21)通过紧固件(25)与金属接地板(23)相连；所述的金属接地板(23)在谐振腔(2)内侧的表面为抛物面(24)。
2.根据权利要求1所述的一种全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线，其特征在于：所述的紧固件(25)为四个，分布在部分反射表面(21)的四个角。
3.根据权利要求1所述的一种全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线，其特征在于：所述的部分反射表面(21)由若干相互垂直的金属栅条(22)组成，金属栅条(22)等间距设置。
4.根据权利要求1所述的一种全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线，其特征在于：所述的馈源(1)设置在抛物面(24)最凹处。
5.根据权利要求1所述的一种全金属宽频带的高增益低剖面谐振天线，其特征在于：所述的部分反射表面(21)和金属接地板(23)间的中心距离满足d＝(1/2+n/2)λ0的条件，其中λ0为中心频率电磁波的自由空间波长，n为整数。
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