CN106602277B - 一种x波段探针馈电的背腔槽天线 - Google Patents

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Abstract

一种X波段探针馈电的背腔槽天线，涉及槽天线。提供单向辐射、宽频带、增益稳定且相位中心稳定的一种X波段探针馈电的背腔槽天线。包括金属地板、背腔、馈电同轴线和馈电探针；背腔设在金属地板的一侧，在金属地板上开槽，背腔和槽用于电磁场通过槽向外单向辐射，馈电同轴线通过馈电探针对槽进行馈电。具有结构简单、尺寸小、宽频带和增益稳定等优点，可作为单一的天线或与透镜结合应用。该天线可广泛应用于空间研究、广播卫星、固定通讯业务卫星、地球探测卫星和气象卫星等领域。

Description

一种X波段探针馈电的背腔槽天线
技术领域
本发明涉及槽天线，尤其是涉及一种X波段探针馈电的背腔槽天线。
背景技术
槽天线由于结构简单、易于加工等特性，近年来成为一个非常活跃的天线研究领域。例如，中国专利201110052089.2公开了一种开槽天线，该天线可以通过开关的切换调整辐射场，增强信号的收发能力，从而可以很好地应用于无线通信装置中。但是目前许多常规的槽天线具有带宽的局限性，不能在很宽的频带内实现较好的辐射特性。所谓背腔槽天线即是在一个封闭的腔体壁上开一个缝隙，电磁能量由缝隙向外辐射，具有结构简单、尺寸小、辐射损耗小、带宽宽和增益稳定等优点，可以作为宽带天线来使用。另外，背腔槽天线作为天线单元使用时，也可以很好地应用于多波束透镜天线中，从而实现宽角扫描。在透镜系统的建立过程中，馈电单元的选取尤为重要，要求其必须具有单向辐射、宽频带、尺寸小、相位中心稳定等特点。目前常用的馈电单元有单极子天线和线性锥形槽天线(LSTA天线)。其中单极子天线更适用于理论研究，其不具有单向辐射特性。LSTA天线结构简单，容易制作，但是，其相位中心不稳定，不能在很宽的频带内实现较好的辐射特性。本发明设计的加背腔的槽天线方案，使得电磁波在槽处进行辐射，保证了相位中线的稳定性，同时也保证了天线的辐射性能，使用背腔，还保证了天线的单向辐射特性。
中国专利201510083218.2公开了一种线极化背腔天线，该天线的优点是具有低交叉极化的特性，但是工作频带较窄。
中国专利201320611774.9公开了一种线性小型化锥形开槽天线，该天线具有很宽的频带，但若作为透镜系统的馈电单元使用，该天线的尺寸较大且不能保证相位中心的稳定性。此外，该天线的增益在一定带宽内是否具有稳定性也没有体现出来。
发明内容
本发明的目的在于提供单向辐射、宽频带、增益稳定且相位中心稳定的一种X波段探针馈电的背腔槽天线。
本发明包括金属地板、背腔、馈电同轴线和馈电探针；背腔设在金属地板的一侧，在金属地板上开槽，背腔和槽用于电磁场通过槽向外单向辐射，馈电同轴线通过馈电探针对槽进行馈电。
所述背腔可采用矩形背腔，背腔内部填充空气，而不采用具有一定介电常数的介质，这样可以减少天线的损耗，从而降低对增益的影响。
所述槽可为形状近似于菱形的八边形槽；
所述金属地板和背腔具有一定的厚度，从而保证天线的机械强度，且金属地板的尺寸大小可根据实际的应用场合而定，尺寸越小，边缘绕射作用对天线的辐射特性影响越大。
所述馈电探针由馈电同轴线内延伸出馈电同轴线外，且馈电同轴线与槽的内表面重合。
本发明具有结构简单、尺寸小、宽频带和增益稳定等优点，可作为单一的天线或与透镜结合应用。该天线可广泛应用于空间研究、广播卫星、固定通讯业务卫星、地球探测卫星和气象卫星等领域。
本发明的优点在于：本发明所提供的X波段探针馈电的背腔槽天线具有单向辐射、宽频带、增益稳定等特点，且天线结构简单，尺寸小。无论做天线单元还是与透镜结合应用，本发明都具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例结构主视图；
图2为本发明实施例结构侧视图；
图3为本发明实施例结构尺寸(单位：mm)；
图4为本发明实施例在扫描频率8～12GHz(X波段)的回波损耗S11的分析结果；
图5为本发明实施例的H面方向图随频率f(X波段)的变化；
图6为本发明实施例的E面方向图随频率f(X波段)的变化；
图7为本发明实施例在最大辐射方向上增益随频率f(X波段)的变化(单位：dB)。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，请参阅图1～3。
本发明的主要工作原理为：背腔2和槽3共同作用使得电磁场通过槽向外辐射，背腔2起到束缚电磁场，使电磁波单向辐射的作用。金属地板1的尺寸可依据具体的应用场合而定，尺寸越小，边缘绕射作用对天线辐射性能的影响越大。背腔2的内部填充的是空气，而不采用具有一定介电常数的介质，这样可以减少天线的损耗，从而降低对增益的影响。
馈电同轴线4的内径为1.3mm，外径为4.1mm，馈电探针5由馈电同轴线内向外延伸，馈电探针5的长度为7.1mm，馈电探针5对槽3进行馈电，通过槽3和背腔2的共同作用，辐射电磁波。
八边形槽的水平方向总长度为29.1mm，竖直方向总高度为13mm，其中水平段的长度为4.1mm，竖直段的长度为0.6mm，槽的开口呈渐变的直线形，主要用于增加天线的带宽。
背腔2的尺寸为30mm×13mm×7mm，背腔主要起到束缚电磁波的作用，使电磁波向某一指定方向辐射。
本发明的尺寸为40mm×20mm×8mm，金属地板1的厚度为1mm，尺寸大小可根据实际的应用场合而定。尺寸越小，边缘绕射作用对天线的辐射特性影响越大。
图4给出了扫描频率在8～12GHz的回波损耗S11的分析结果。从结果可以看出，在整个X波段(8～12GHz)内回波损耗S11＜-10dB，即天线具有很宽的带宽，可以作为宽带天线来使用。从图5和6中的H面和E面方向图可以看出，本发明的天线在X波段前后比很小。图7则表明该天线在X波段具有辐射损耗小和增益相对稳定的优点。

Claims (4)

1.一种X波段探针馈电的背腔槽天线，其特征在于包括金属地板、背腔、馈电同轴线和馈电探针；背腔设在金属地板的一侧，在金属地板上开槽，背腔和槽用于电磁场通过槽向外单向辐射，馈电同轴线通过馈电探针对槽进行馈电；
所述槽为八边形槽，所述八边形槽的水平方向总长度为29.1mm，竖直方向总高度为13mm，其中水平段的长度为4.1mm，竖直段的长度为0.6mm，槽的开口呈渐变的直线形，用于增加天线的带宽。
2.如权利要求1所述一种X波段探针馈电的背腔槽天线，其特征在于所述背腔采用矩形背腔。
3.如权利要求1或2所述一种X波段探针馈电的背腔槽天线，其特征在于所述背腔内部填充空气。
4.如权利要求1所述一种X波段探针馈电的背腔槽天线，其特征在于所述馈电探针由馈电同轴线内延伸出馈电同轴线外，且馈电同轴线与槽的内表面重合。
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