CN108598680B - 一种E-band高性能天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微波天线技术领域，具体涉及一种E‑band高性能天线。包括包括反射面、天线罩及馈源，馈源包括馈源座、波导管、辐射介质以及副反射面；在馈源座的中心位置开设有通孔，通孔位于反射面外部的一端形成波导出口，位于反射面内腔中的一端插设有波导管，辐射介质为T形结构，包括插设在波导管中并相背于馈源座一端的下部介质以及设置在波导管外部的上部介质，在下部介质的外缘设有环形槽，在上部介质的外缘设有至少一层环形台阶，在上部介质相背于下部介质的端面上还设有锥形槽，副反射面的形状与锥形槽相匹配并附着在锥形槽中。本发明安装方式简便，易于生产，成本低廉，同时介质损耗小并可以达到很高。
Description
技术领域
本发明涉及微波天线技术领域，具体涉及一种E-band高性能天线。
背景技术
微波是目前最常用的无线通信技术，其传输距离远、容量大、部署快捷、稳定性强，现被广泛用于各类通信系统的中继和回传。而目前，常规6GHz-38GHz的微波频谱资源已被迅速消耗殆尽，E-band（71GHz-86GHz）微波频段将会是重要的无线传输手段。为了追求小型化以及易集成的特性，E-band平板技术正在被广泛的研究。采用SIW或波导缝隙阵列的形式制作平板阵列天线，其辐射单元小，天线剖面大幅减小，但这两种形式均属于半开放式的馈电网络，且高频段的介质损耗较大，效率较低；传统的波导缝隙阵列采用串馈形式，其幅相平衡设计比较复杂，工艺不够稳定成熟稳定。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种E-band高性能天线，可应用于单极化和双极化两种形式，而且可以灵活快速的进行切换，天线的安装方式简便，易于生产，成本低廉，同时介质损耗小并可以达到很高的辐射传输效率。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种E-band高性能天线，包括包括反射面、固定在反射面大端的天线罩以及固定在反射面小端的馈源，所述馈源包括馈源座、波导管、辐射介质以及副反射面；所述馈源座与反射面的小端固定连接，在馈源座的中心位置开设有沿反射面中心轴线分布的通孔，通孔位于反射面外部的一端形成波导出口，位于反射面内腔中的一端插设有所述波导管，所述辐射介质为T形结构，包括插设在波导管中并相背于馈源座一端的下部介质以及设置在波导管外部的上部介质，在下部介质的外缘设有环形槽，在上部介质的外缘设有至少一层环形台阶，在上部介质相背于下部介质的端面上还设有锥形槽，所述副反射面的形状与锥形槽相匹配并附着在锥形槽中。
优选的，所述E-band高性能天线还包括一个ODU装置，在所述馈源座上相背于反射面的一端设有过渡段，过渡段的一端与所述波导出口连接，另一端与ODU装置连接。
优选的，所述E-band高性能天线还包括两个ODU装置，在所述馈源座上相背于反射面的一端设有双极化分离器，双极化分离器的一端与所述波导出口连接，另一端的两个接口分别与两个ODU装置连接。
优选的，所述辐射介质采用PC材料制作，且具有均一相对介电常数2.8。
优选的，所述副反射面包括附着在锥形槽表面的镀铜层、附着在镀铜层上的镀镍层以及附着在镀镍层表面的三防油层。
优选的，所述波导管采用铝材质制作，辐射介质和馈源座分别通过黑胶与波导管固定连接。
优选的，在所述反射面大端的边缘位置有环形翻边，环形翻边的侧壁粘贴有吸波材料。
优选的，所述天线罩为锥形，天线罩的厚度为中心频点半波长整数倍。
有益效果
一、本发明的天线可通过过渡段应用于单极化或通过双极化分离器应用于双极化两种形式，而且可以灵活快速的进行切换，天线的安装方式简便，易于生产，成本低廉，同时可以达到很高的辐射传输效率。
二、本发明天线的电性能优良：驻波小于1.5，即回波损耗小于-14dB，增益大于46dBi；满足ETSI Class3包络并同时满足FCC包络；半功率角0.7°，半功率角允许10%误差，整体性能稳定，适合远距离传输。
三、本发明中的辐射介质的赋形可以使整个天线达到更高的效率。当电磁波通过上部介质的环形台阶时，会按照一定的模式比例进入辐射介质，然后锥形槽和环形槽相互协调，调节电磁波的幅度和相位，减少介质损耗，使微波天线具有更大的有效带宽。
四、本发明的结构方面具有结构简单，便于安装，易批量加工的优点。采用旋压的方式，反射面精度更高，且工艺成熟稳定。天线体积小，具有很强的抗风能力。可靠性方面：天线罩采用ABS材料，为高抗老化低耗塑料材料，耐候性能优异，成本低。天线罩不仅能够保证电性能，还可以保护天线不受外界复杂恶劣环境的影响。整机天线具有很强的抗腐、防尘防水以及抗风抗UV能力，能够保证在恶劣环境下仍能正常工作。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
图2为本发明应用于单极化形式状态下的馈源部分的剖面结构示意图；
图3为本发明的辐射介质部分的剖面结构示意图；
图4为本发明应用于单极化形式状态下的安装示意图；
图5为本发明E-band天线实测方向图，满足ETSI Class 3标准包络；
图6为本发明E-band天线实测方向图，满足FCC标准包络；
图7为本发明E-band天线实测驻波图；
图中标记：1、天线罩，2、反射面，201、环形翻边，202、吸波材料，3、馈源，301、副反射面，302、辐射介质，302-1、锥形槽，302-2、环形台阶，302-3、环形槽，303、波导管，304、馈源座，305、波导出口，4、过渡段，5、ODU装置，6、抱杆，7、挂架。
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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种E-band高性能天线，包括包括具有抛物面结构的反射面2、固定在反射面2大端的天线罩1以及固定在反射面2小端的馈源3。其中的反射面2利用其抛物面本身的辐射特性，对能量进行汇聚并定向辐射传输，作为电磁波能量的主要辐射媒介，除了固定连接天线罩1和馈源3外，还与其他紧固件相连，使本发明可固定在特定的位置区域。天线罩1紧固在反射面2上，使本发明处于密封状态，天线罩1能有效保护本发明不受外部环境干扰，保证天线的正常工作。天线罩1采用均匀半波长单壁壁厚介质材料，介质材质为高抗老化低耗塑料，起到保护天线的作用。馈源3位于反射面2底部正中心处，硅源主要进行电磁波能量的辐射传输，能够保证电磁波能量的高效传输。
本实施例中在反射面2大端的边缘位置有环形翻边201，环形翻边201的侧壁粘贴有吸波材料202。起到抑制方向图，提高前后比，可以满足更多和更高标准的包络等级要求，同时也起到固定天线罩1的作用。
本实施例中的天线罩1为锥形，其厚度为中心频点半波长整数倍，采用均匀介电常数介质高抗老化低耗塑料材料，如ABS制作。天线罩1顶面具有一定的锥度，锥度的大小对天线的驻波匹配起着很大程度的影响。天线罩1围边处有固定间隔的螺钉孔，反射面2具有与其匹配固定的结构，能有效与反射面2紧固组合，保护馈源3不受外界环境干扰。
如图2所示的馈源3是本发明的核心部件，馈源3包括馈源座304、波导管303、辐射介质302以及副反射面301，辐射介质302和馈源座304分别通过黑胶与波导管303固定连接。馈源座304与反射面2的小端固定连接，在馈源座304的中心位置开设沿反射面2中心轴线分布的通孔，通孔位于反射面2外部的一端形成波导出口305，位于反射面2内腔中的一端插设有波导管303，波导管303采用金属铝材料制作，是电磁波传输的主要通道。
辐射介质302为PC材质，具有均一相对介电常数2.8，具有馈源3初级方向图赋形及驻波匹配作用，辐射介质302更好的赋形可以使整个天线达到更高的效率。如图3所示，本发明的辐射介质302为T形结构，包括插设在波导管303中并相背于馈源座304一端的下部介质以及设置在波导管303外部的上部介质，在下部介质的外缘设有环形槽302-3，在上部介质的外缘设有至少一层环形台阶302-2。当电磁波通过圆形台阶时，会按照一定的模式比例进入辐射介质302，然后锥形槽302-1和环形槽302-3相互协调，调节电磁波的幅度和相位，使本发明具有更大的有效带宽。
在上部介质相背于下部介质的端面上还设有锥形槽302-1，副反射面301的形状与锥形槽302-1相匹配并附着在锥形槽302-1中。副反射面301包括附着在锥形槽302-1表面的镀铜层、附着在镀铜层上的镀镍层以及附着在镀镍层表面的三防油层，通过三防油层保护电镀层，形成一层金属表面层，起到金属副反射面301的作用。
本发明提供的E-band高性能天线可应用于单极化和双极化两种形式，而且可以灵活快速的进行切换。其安装方式简便，易于生产，成本低廉，同时可以达到很高的辐射传输效率，目前正在被广泛的应用于通信传输链路中。
如图4所示，本发明应用于单极化形式的具体实施例中，E-band高性能天线还包括一个ODU装置5，在馈源座304上相背于反射面2的一端设有过渡段4，过渡段4的一端与波导出口305连接，另一端与ODU装置5连接。ODU装置5（Outdoor Unit）通过过渡段4固定在本发明的背面， 本发明通过挂架7固定在抱杆6上，通过挂架7实现本发的俯仰以及方位调节，使天线具有较大的辐射范围。
在本发明应用于双极化形式的另一个具体实施例中，E-band高性能天线还包括两个ODU装置5，在馈源座304上相背于反射面2的一端设有双极化分离器，双极化分离器的一端与波导出口305连接，另一端的两个接口分别与两个ODU装置5连接。
通过对80GHz、0.3m宽频微波天线进行实测，整机天线的回波损耗如图7所示；天线辐射方向图满足ETSI Class 3标准的包络要求，如图5所示；同时天线的辐射方向图也满足FCC标准的包络要求，如图6所示。
还需要说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方 位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相 连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一 体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中 的具体含义。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种单极化和双极化能够灵活切换的E-band高性能天线，包括反射面（2）、固定在反射面（2）大端的天线罩（1）以及固定在反射面（2）小端的馈源（3），其特征在于：所述馈源（3）包括馈源座（304）、波导管（303）、辐射介质（302）以及副反射面（301）；所述馈源座（304）与反射面（2）的小端固定连接，馈源座（304）通过两个台阶分成了三个圆柱段，三个圆柱段的直径不同，且中间圆柱段的直径最大，反射面（2）的小端与下部的小直径圆柱段固定连接，在馈源座（304）的中心位置开设有沿反射面（2）中心轴线分布的通孔，通孔位于反射面（2）外部的一端形成波导出口（305），位于反射面（2）内腔中的一端插设有所述波导管（303），所述辐射介质（302）为T形结构，包括插设在波导管（303）中并相背于馈源座（304）一端的下部介质以及设置在波导管（303）外部的上部介质，在下部介质的外缘设有环形槽（302-3），在上部介质的外缘设有至少一层环形台阶（302-2），在上部介质相背于下部介质的端面上还设有锥形槽（302-1），所述副反射面（301）的形状与锥形槽（302-1）相匹配并附着在锥形槽（302-1）中；
在所述反射面（2）大端的边缘位置有环形翻边（201），环形翻边（201）的侧壁粘贴有吸波材料（202）；
当应用于单极化形式时，所述E-band高性能天线还包括一个ODU装置（5），在所述馈源座（304）上相背于反射面（2）的一端设有过渡段（4），过渡段（4）的一端与所述波导出口（305）连接，另一端与ODU装置（5）连接；
当应用于双极化形式时，所述E-band高性能天线还包括两个ODU装置（5），在所述馈源座（304）上相背于反射面（2）的一端设有双极化分离器，双极化分离器的一端与所述波导出口（305）连接，另一端的两个接口分别与两个ODU装置（5）连接。
2.根据权利要求1所述的一种单极化和双极化能够灵活切换的E-band高性能天线，其特征在于：所述辐射介质（302）采用PC材料制作，且具有均一相对介电常数2.8。
3.根据权利要求1所述的一种单极化和双极化能够灵活切换的E-band高性能天线，其特征在于：所述副反射面（301）包括附着在锥形槽（302-1）表面的镀铜层、附着在镀铜层上的镀镍层以及附着在镀镍层表面的三防油层。
4.根据权利要求1所述的一种单极化和双极化能够灵活切换的E-band高性能天线，其特征在于：所述波导管（303）采用铝材质制作，辐射介质（302）和馈源座（304）分别通过黑胶与波导管（303）固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种单极化和双极化能够灵活切换的E-band高性能天线，其特征在于：所述天线罩（1）为锥形，天线罩（1）的厚度为中心频点半波长整数倍。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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