CN108321545A - 低剖面天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低剖面天线，该低剖面天线包括：H面喇叭馈电部分、与H面喇叭馈电部分连接的平行板波导、以及覆盖于平行板波导上方的缝隙式辐射层；H面喇叭馈电部分用于形成输入矩形波导至平行板波导的转换。本发明通过采用高度较低的平行板波导、并在平行板波导上形成缝隙式辐射层，并采用高度低、结构简单的H面喇叭馈电部分进行馈电，能够降低天线的轮廓高度，从而具有更低剖面；并通过在平行板波导的内部形成倾斜表面，使本发明的低剖面天线在扫面角度改变时，降低增益衰减的幅度。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体来说，涉及一种低剖面天线。
背景技术
在无线通信系统中，为了实现灵活、方便的通信手段，需要天线具有体积小、重量轻、功能全的特点。
在现有的天线设计中，为了实现在水平和俯仰方向都进行波束扫描，这就需要天线在水平方向和俯仰方向都能够转动；也可以天线自身的俯仰方向不发生转动，而利用相控阵技术来实现波束扫描。就目前的需求，市场上出现了不少用于动中通(移动中的卫星地面站通信)系统的天线产品。动中通技术是在例如汽车、舰船、飞机、导弹等移动载体上随时随地与卫星通信。而天线是动中通技术的关键之一。根据对动中通系统天线产品的应用需求，低剖面、易共形的是其发展方向。
现有的用于动中通的天线产品有高、中、低三种剖面，例如Trackstar等公司的动中通天线产品。但是这些动中通天线产品的剖面都比较高。
针对相关技术中天线剖面较高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中天线剖面较高的问题，本发明提出一种低剖面天线，能够具有更低剖面。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种，包括：H面喇叭馈电部分、与H面喇叭馈电部分连接的平行板波导、以及覆盖于平行板波导上方的缝隙式辐射层；其中，H面喇叭馈电部分用于形成输入矩形波导至平行板波导的转换。
在一个实施例中，平行板波导用于向缝隙式辐射层馈电，且平行板波导的下基板的厚度线性增加以在平行板波导的内部形成倾斜表面。
在一个实施例中，平行板波导的下基板的最大厚度小于平行板波导的上基板与平行板波导的下基板之间的最大距离。
在一个实施例中，缝隙式辐射层包括多个等间距设置且相互平行的横向枝节以形成进行辐射的平面缝隙波导。
在一个实施例中，平行板波导的内部为介质填充。
在一个实施例中，平行板波导的内部为空气填充。
在一个实施例中，H面喇叭馈电部分包括：多个隔离元件，多个隔离元件中任意两个相邻的隔离元件之间的距离相等，任意两个相邻的隔离元件之间形成多个串联连接且相互隔离的输出端口。
在一个实施例中，H面喇叭馈电部分还包括：对应设置于多个输出端口中心轴线上的多个金属短柱。
在一个实施例中，介质包括：FR4、F4B、聚四氟乙烯和陶瓷之中的任意一种。
在一个实施例中，多个隔离元件均为T字形结构。
在一个实施例中，缝隙式辐射层为CTS辐射层。
本发明通过采用高度较低的平行板波导、并在平行板波导上形成缝隙式辐射层，并采用高度低、结构简单的H面喇叭馈电部分进行馈电，能够降低天线的轮廓高度，从而具有更低剖面；并通过在平行板波导的内部形成倾斜表面，使本发明的低剖面天线在扫面角度改变时，降低增益衰减的幅度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。
应该注意的是，这些附图意在示出在某些示例性的实施例中使用的方法、结构和/或材料的一般特性，并且用于补充下面所提供的文字描述。然而，这些附图不是成比例绘制，并且不可能精确反应任意给定实施例的精确结构或性能特性，并且不应该被解释为通过示例性的实施例对包含的意义或属性的范围进行限定或限制。在多个附图中使用的相似或相同的参考标号意在表明相似或相同的元件或部件。
图1是根据本发明实施例的低剖面天线的俯视示意图；
图2是图1的侧视示意图；
图3是根据本发明实施例的低剖面天线的E面方向的仿真图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种低剖面天线。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的低剖面天线包括：H面喇叭馈电部分10、与H面喇叭馈电部分10的输出部分连接的平行板波导20，其中馈电部分10与平行板波导20的侧面相连接，低剖面天线还包括覆盖于平行板波导20上表面的缝隙式辐射层30；其中，H面喇叭馈电部分10用于形成输入矩形波导40至平行板波导20的转换；以及平行板波导20用于向缝隙式辐射层30馈电，且平行板波导20的下基板22的厚度自电磁波的输入端向输出端线性增加以在平行板波导20的内部形成倾斜表面。
本发明的上述技术方案，通过采用高度较低的平行板波导20、并在平行板波导20上表面形成缝隙式辐射层30，并采用高度低、结构简单的H面喇叭馈电部分10进行馈电，能够降低天线的轮廓高度，从而具有更低剖面；并通过在平行板波导20的内部形成倾斜表面，使本发明的低剖面天线在扫面角度改变时，降低增益衰减的幅度。
在一个实施例中，平行板波导20的下基板22的最大厚度小于平行板波导20的上基板21与平行板波导20的下基板22之间的最大距离。
本发明的低剖面天线也可以包括其他辅助部分，例如可以包括平行板波导20的支撑部分、外围结构的紧固部分以及接口转换部分等；本发明的低剖面天线的各部分的材质及其之间的连接可以适当选择，例如H面喇叭馈电部分10可以为全金属机械加工结构，通过螺钉、焊接或插接等方式与平行板波导20进行连接；缝隙式辐射层30可通过胶粘结等方式固定覆盖在平行板波导20上。
输入矩形波导40是用金属材料制成的截面为矩形、内空外封闭的腔体，可以用于传输频率很高的电磁波信号，能够使高频的电磁波在传输过程中的衰减很小。电磁波按纵向场分量的有无可以分为TE波、TM波和TEM波三种，矩形波导中只能传输TE波和TM波、而不能传输TEM波。因此需要通过H面喇叭馈电部分10完成输入矩形波导40至平行板波导20的转换。
具体的，在实际工程应用中，矩形波导的主模是TE10模，H面喇叭馈电部分10实现矩形波导40的TE10模到平行板波导20的TEM波的转换，同时矩形波导40通过平行板波导20向缝隙式辐射层30进行馈电，使得包括多个平面缝隙波导32的缝隙式辐射层30将TEM波的能量辐射到指定的区域。
在一个实施例中，H面喇叭馈电部分10可以包括：多个隔离元件11，多个隔离元件11中任意两个相邻的隔离元件11之间的距离相等，任意两个相邻的隔离元件11之间形成多个串联连接且相互隔离的输出端口12，电磁波通过该输出端口12进入平行板波导20。在一个可实现的实施例中，该馈电部分10为一个梯形导波结构，其靠近矩形波导40的宽度较小，而靠近平行板波导20的宽度较大。
优选地，多个隔离元件11均为T字形结构。T字形结构在馈电部分10和平行板波导20的连接位置上进行设置，每个T字形结构沿馈电部分10和平行板波导20的连接位置等间隔分布，且每个T字形隔离单元11中的“丨”部分均指向平行板波导20，每个T字形隔离单元11的“一”部分位于同一直线上。
在一个实施例中，H面喇叭馈电部分10还包括：对应设置于多个输出端口12中心轴线上的多个金属短柱13。金属短柱13可以抑制电磁波在传输过程中产生高次模。
较佳的，金属短柱13设置在各个T字形隔离单元11的T字形隔离单元11的“一”部分所在的直线上。
在一个实施例中，平行板波导20的内部可以为介质填充。
具体地，上述用于填充的介质可包括：FR4、F4B、聚四氟乙烯和陶瓷之中的任意一种。
在一个实施例中，平行板波导20的内部可以为空气填充。使用无介质填充即空气填充的平行板波导，能够具有较低的传输损耗，能够减轻天线的整体重量。
在一个实施例中，缝隙式辐射层30包括多个等间距设置且相互平行的横向枝节31以形成进行辐射的平面缝隙波导32。
优选地，缝隙式辐射层30为CTS(Continue Transverse Stub，连续横向枝节)辐射层。进一步地，CTS辐射层包括多个等间距设置且相互平行的横向枝节31以形成进行辐射的平面缝隙波导32。CTS辐射层通过在平行板波导20上设置连续的多个横向枝节31，其中多个横向枝节31的截面均为凸字形。多个横向枝节31使得沿着纵向传播的TEM波被连续的横向枝节31所阻断，并在横向枝节31之间感应出位移电流，该位移电流在横向枝节31周围激励起等效的电场，并辐射电磁场。CTS天线具有重量轻、结构简单、辐射效率高以及成本低等优点，调整横向枝节31的位置分布可以对本发明的低剖面天线的波束宽度和副瓣电平进行控制。
如图3所示，是根据本发明实施例的低剖面天线的E面方向的仿真图，其中横坐标Theta表示方位角的角度，纵坐标Gain表示增益，俯仰角Phi的角度为90度(deg)。从图3中可以看出本发明的低剖面天线辐射的方向性很好，增益可以达到35dB以上。本发明的低剖面天线可以应用于动中通系统中。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过采用高度较低的平行板波导20、并在平行板波导20上形成缝隙式辐射层30，并采用高度低、结构简单的H面喇叭馈电部分10进行馈电，能够降低天线的轮廓高度，从而具有更低剖面；并通过在平行板波导20的内部形成倾斜表面，使本发明的低剖面天线在扫面角度改变时，降低增益衰减的幅度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种低剖面天线，其特征在于，包括：
H面喇叭馈电部分、与所述H面喇叭馈电部分连接的平行板波导、以及覆盖于所述平行板波导上表面的缝隙式辐射层；
其中，所述H面喇叭馈电部分用于形成输入矩形波导至所述平行板波导的转换。
2.根据权利要求1所述的低剖面天线，其特征在于，所述平行板波导用于向所述缝隙式辐射层馈电，且平行板波导的下基板的厚度线性增加以在平行板波导的内部形成倾斜表面。
3.根据权利要求2所述的低剖面天线，其特征在于，所述平行板波导的下基板的最大厚度小于平行板波导的上基板与所述平行板波导的下基板之间的最大距离。
4.根据权利要求2所述的低剖面天线，其特征在于，
所述缝隙式辐射层包括多个等间距设置且相互平行的横向枝节以形成进行辐射的平面缝隙波导。
5.根据权利要求2所述的低剖面天线，其特征在于，所述平行板波导的内部为介质填充。
6.根据权利要求2所述的低剖面天线，其特征在于，所述平行板波导的内部为空气填充。
7.根据权利要求2所述的低剖面天线，其特征在于，所述H面喇叭馈电部分包括：
多个隔离元件，所述多个隔离元件中任意两个相邻的隔离元件之间的距离相等，所述任意两个相邻的隔离元件之间形成多个串联连接且相互隔离的输出端口。
8.根据权利要求7所述的低剖面天线，其特征在于，所述H面喇叭馈电部分还包括：
对应设置于所述多个输出端口中心轴线上的多个金属短柱。
9.根据权利要求5所述的低剖面天线，其特征在于，所述介质包括：FR4、F4B、聚四氟乙烯和陶瓷之中的任意一种。
10.根据权利要求7所述的低剖面天线，其特征在于，所述多个隔离元件均为T字形结构。
11.根据权利要求1-10任一项所述的低剖面天线，其特征在于，所述缝隙式辐射层为CTS辐射层。
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