CN106711604A - 基于波导馈电的单腔三工三频槽天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，包括谐振腔和挡板，所述挡板设置在谐振腔的顶部外壁上，且挡板上开有一具有偏移角度的第一缝隙，所述谐振腔的左部、右部和底部分别开有第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙；在实现三工作用时，所述第一缝隙作为槽天线，所述第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙分别连接矩形波导，在实现三频作用时，所述第一缝隙连接矩形波导，所述第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙作为槽天线。本发明可以实现三工和三频作用，具有体积小、设计简单、易加工、性能好等优点，能够很好的满足现代通讯系统的要求。

Description

基于波导馈电的单腔三工三频槽天线
技术领域
本发明涉及一种天线，尤其是一种基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，属于无线通信领域。
背景技术
微波滤波天线是现代通信系统中发射端和接收端必不可少的器件，其中的滤波部分能对信号起分离作用，让有用的信号尽可能无衰减的通过，对无用的信号尽可能大的衰减抑制其通过，而天线部分把腔体上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波从而实现辐射的目的。
随着无线通信技术的发展，信号间的频带越来越窄，这就对滤波器的规格和可靠性提出了更高的要求。腔体滤波器具有高Q值、功率容量大、易于实现、性能稳定等优点而具有很高的应用价值。腔体滤波器通过在各腔谐振器之间开槽,实现电感或电容耦合,通过改变槽的位置偏移，角度，宽度，长度等来控制耦合电感或耦合电容的强弱以实现各种滤波功能。而槽天线辐射比较好，性能好，结构简单，容易实现。由于以上特点，研究腔体滤波槽天线多模结构、腔体滤波槽天线的小型化得到学者们的广泛关注。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，该天线可以实现三工和三频作用，具有体积小、设计简单、易加工、性能好等优点，能够很好的满足现代通讯系统的要求。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，包括谐振腔和挡板，所述挡板设置在谐振腔的顶部外壁上，且挡板上开有一具有偏移角度的第一缝隙，所述谐振腔的左部、右部和底部分别开有第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙；在实现三工作用时，所述第一缝隙作为槽天线，所述第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙分别连接矩形波导，在实现三频作用时，所述第一缝隙连接矩形波导，所述第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙作为槽天线。
作为一种优选方案，所述第一缝隙从挡板的顶面上看，为具有偏移角度的矩形结构；所述第二缝隙从谐振腔的左侧面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构；所述第三缝隙从谐振腔的右侧面上看，为两条长边上下设置、两条短边左右设置的矩形结构；所述第四缝隙从谐振腔的底面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构；所述第一缝隙在谐振腔底面上的投影与第四缝隙相交，所述第二缝隙在谐振腔右侧面上的投影与第三缝隙相垂直。
作为一种优选方案，所述第一缝隙开在挡板的顶部至底部的位置上，所述第二缝隙开在谐振腔的左部内壁中间位置至左部外壁的位置上，所述第三缝隙开在谐振腔的右部内壁中间位置至右部外壁的位置上，所述第四缝隙开在谐振腔的底部内壁中间位置至底部外壁的位置上。
作为一种优选方案，所述谐振腔的顶部开口，所述挡板的长度大于谐振腔顶部开口的长度，挡板的宽度大于谐振腔顶部开口的宽度。
作为一种优选方案，所述第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙的尺寸相同。
作为一种优选方案，所述挡板通过螺钉固定在谐振腔的顶部外壁上。
作为一种优选方案，所述谐振腔和挡板均采用金属材料制成。
作为一种优选方案，所述谐振腔为矩形腔结构。
作为一种优选方案，所述谐振腔的内部填充有空气。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明具有谐振腔和挡板，将挡板设置在谐振腔的顶部外壁上，在挡板上开有一具有偏移角度的缝隙，并在谐振腔的左部、右部和底部也分别开有缝隙；在实现三工作用时，挡板的缝隙作为槽天线，谐振腔的三条缝隙均分别连接矩形波导，利用谐振腔的三条缝隙连接的矩形波导馈电，产生三个方向的电场分量的电磁波，将能量传输到谐振腔内部进行谐振滤波，在谐振滤波后，通过挡板的缝隙将能量辐射出去，在实现三频作用时，挡板上的缝隙连接矩形波导，谐振腔的三条缝隙作为槽天线，利用挡板的缝隙连接矩形波导馈电，产生能量，将能量传输谐振腔中进行谐振滤波，在谐振滤波后，由谐振腔的三条缝隙将三个方向的电场分量的电磁波辐射出去，可见能够实现三工和三频作用，能够满足小型化、高选择性、高Q值、设计和加工简单等特点。
2、本发明将滤波器和天线整合在一起，结构简单，加工容易、应用范围广，解决了其复杂的加工问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的单腔三工三频槽天线结构示意图。
图2为本发明实施例1的单腔三工三频槽天线正视图。
图3为本发明实施例1的单腔三工三频槽天线左侧视图。
图4为本发明实施例1的单腔三工三频槽天线右侧视图。
图5为本发明实施例1的单腔三工三频槽天线俯视图。
图6为本发明实施例1的单腔三工三频槽天线仰视图。
图7为本发明实施例1的单腔三工三频槽天线实现三工作用时的频率响应电磁仿真曲线图。
图8为本发明实施例1的单腔三工三频槽天线实现三频作用时的频率响应电磁仿真曲线图。
图9为加工本发明实施例1的单腔三工三频槽天线时的矩形金属块示意图。
图10为加工本发明实施例1的单腔三工三频槽天线时的金属板示意图。
其中，1-谐振腔，2-挡板，3-第一缝隙，4-第二缝隙，5-第三缝隙，6-第四缝隙。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1～图6所示，本实施例的单腔三工三频槽天线包括谐振腔1和挡板2，所述谐振腔1为矩形腔结构，内部填充有空气，谐振腔1的顶部开口；所述挡板2通过螺钉固定在谐振腔1的顶部外壁上，挡板2的长度大于谐振腔1顶部开口的长度，挡板2的宽度大于谐振腔1顶部开口的宽度，挡板2上开有一具有偏移角度的第一缝隙3，该第一缝隙3偏移角度为30～60度，本实施例中的偏移角度为45度，所述谐振腔1的左部、右部和底部分别开有第二缝隙4、第三缝隙5和第四缝隙6，第二缝隙4、第三缝隙5和第四缝隙6的尺寸相同。
所述第一缝隙3开在挡板2的顶部至底部的位置上，所述第二缝隙4开在谐振腔1的左部内壁中间位置至左部外壁的位置上，所述第三缝隙5开在谐振腔1的右部内壁中间位置至右部外壁的位置上，所述第四缝隙6开在谐振腔1的底部内壁中间位置至底部外壁的位置上。
所述第一缝隙3从挡板2的顶面上看，为具有偏移角度的矩形结构；所述第二缝隙4从谐振腔1的左侧面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构；所述第三缝隙5从谐振腔1的右侧面上看，为两条长边上下设置、两条短边左右设置的矩形结构；所述第四缝隙6从谐振腔1的底面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构；所述第一缝隙3在谐振腔1底面上的投影与第四缝隙6相交，所述第二缝隙4在谐振腔1右侧面上的投影与第三缝隙5相垂直。
本实施例的单腔三工三频槽天线工作原理如下：
在实现三工作用时，所述第一缝隙3作为槽天线，所述第二缝隙4、第三缝隙5和第四缝隙6分别连接矩形波导，第一缝隙3为输出端口(第一端口)，第二缝隙4、第三缝隙5和第四缝隙6连接的矩形波导分别为输入端口(第二端口、第三端口和第四端口)，第二缝隙4、第三缝隙5和第四缝隙6连接的矩形波导馈电，产生z、x、y方向的电场分量的电磁波，将能量传输到谐振腔1内部进行谐振滤波，在谐振滤波后，通过第一缝隙3将能量辐射出去，频率响应电磁仿真曲线如图7所示，s22表示第二端口的回波损耗，s33表示第三端口的回波损耗，s44表示第四端口的回波损耗，s23表示第三端口到第二端口的反向传输系数，s24表示第四端口到第二端口的反向传输系数，s34表示第四端口到第三端口的反向传输系数；
在实现三频作用时，所述第一缝隙3连接矩形波导，所述第二缝隙4、第三缝隙5和第四缝隙6作为槽天线，第一缝隙3连接的矩形波导为输入端口(第一端口)，第二缝隙4、第三缝隙5和第四缝隙6分别为输出端口(第二端口、第三端口和第四端口)，第一缝隙3连接的矩形波导馈电，产生能量，将能量传输到谐振腔1内部进行谐振滤波，在谐振滤波后，谐振腔1将能量分给第二缝隙4、第三缝隙5和第四缝隙6，分别辐射z、x、y方向的电场分量的电磁波，频率响应电磁仿真曲线如图8所示，s11表示第一端口的回波损耗。
本实施例的单腔三工三频槽天线加工过程如下：
第一部分：如图9所示，在一个矩形金属块中间开一个矩形腔作为谐振腔1，左部、右部和底部留一定的厚度分别开三条与外壁高、长、宽平行的直缝(第二缝隙4、第三缝隙5和第四缝隙6)，在结构实现三工作用时，三条直缝直接接矩形波导馈电分别能产生z，x，y方向的电场分量的电磁波，在结构实现三频作用时，它们可以作为槽天线分别辐射z，x，y方向的电场分量的电磁波，在谐振腔1的顶部直接开口；
第二部分：如图10所示，将一块金属板作为挡板2，在挡板2开一条有偏移角度的斜缝(第一缝隙3)，在结构实现三工作用时，该斜缝作为槽天线，当结构实现三频作用时，该斜缝直接连矩形波导馈电，挡板2长、宽尺寸应比谐振腔1的顶部开口大，以满足全封闭的要求。
将第一部分和第二部分用螺钉固定，最后连上矩形波导进行测试。
上述实施例中，所述谐振腔和挡板采用的金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。
综上所述，本发明具有谐振腔和挡板，将挡板设置在谐振腔的顶部外壁上，在挡板上开有一具有偏移角度的缝隙，并在谐振腔的左部、右部和底部也分别开有缝隙；在实现三工作用时，挡板的缝隙作为槽天线，谐振腔的三条缝隙均分别连接矩形波导，利用谐振腔的三条缝隙连接的矩形波导馈电，产生三个方向的电场分量的电磁波，将能量传输到谐振腔内部进行谐振滤波，在谐振滤波后，通过挡板的缝隙将能量辐射出去，在实现三频作用时，挡板上的缝隙连接矩形波导，谐振腔的三条缝隙作为槽天线，利用挡板的缝隙连接矩形波导馈电，产生能量，将能量传输谐振腔中进行谐振滤波，在谐振滤波后，由谐振腔的三条缝隙将三个方向的电场分量的电磁波辐射出去，可见能够实现三工和三频作用，能够满足小型化、高选择性、高Q值、设计和加工简单等特点。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利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专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (9)

1.基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，其特征在于：包括谐振腔和挡板，所述挡板设置在谐振腔的顶部外壁上，且挡板上开有一具有偏移角度的第一缝隙，所述谐振腔的左部、右部和底部分别开有第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙；在实现三工作用时，所述第一缝隙作为槽天线，所述第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙分别连接矩形波导，在实现三频作用时，所述第一缝隙连接矩形波导，所述第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙作为槽天线。
2.根据权利要求1所述的基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，其特征在于：所述第一缝隙开在挡板的顶部至底部的位置上，所述第二缝隙开在谐振腔的左部内壁中间位置至左部外壁的位置上，所述第三缝隙开在谐振腔的右部内壁中间位置至右部外壁的位置上，所述第四缝隙开在谐振腔的底部内壁中间位置至底部外壁的位置上。
3.根据权利要求1所述的基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，其特征在于：所述第一缝隙从挡板的顶面上看，为具有偏移角度的矩形结构；所述第二缝隙从谐振腔的左侧面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构；所述第三缝隙从谐振腔的右侧面上看，为两条长边上下设置、两条短边左右设置的矩形结构；所述第四缝隙从谐振腔的底面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构；所述第一缝隙在谐振腔底面上的投影与第四缝隙相交，所述第二缝隙在谐振腔右侧面上的投影与第三缝隙相垂直。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，其特征在于：所述谐振腔的顶部开口，所述挡板的长度大于谐振腔顶部开口的长度，挡板的宽度大于谐振腔顶部开口的宽度。
5.根据权利要求1-3任一项所述的基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，其特征在于：所述第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙的尺寸相同。
6.根据权利要求1-3任一项所述的基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，其特征在于：所述挡板通过螺钉固定在谐振腔的顶部外壁上。
7.根据权利要求1-3任一项所述的基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，其特征在于：所述谐振腔和挡板均采用金属材料制成。
8.根据权利要求1-3任一项所述的基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，其特征在于：所述谐振腔为矩形腔结构。
9.根据权利要求1-3任一项所述的基于波导馈电的单腔三工三频槽天线，其特征在于：所述谐振腔的内部填充有空气。
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