CN113745838A

CN113745838A - 一种双波束辐射的漏波天线

Info

Publication number: CN113745838A
Application number: CN202110991369.3A
Authority: CN
Inventors: 刘菊华; 陈锡伦
Original assignee: Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2041-08-26
Also published as: CN113745838B

Abstract

本发明公开了一种双波束辐射的漏波天线，包括金属地板、微带线、若干个第一短截线、若干个第二短截线、介质板、2个馈电探针；微带线、第一短截线、第二短截线分别位于介质板的上表面，金属地板位于介质板的下表面；馈电探针从微带线的两端进行馈电；相邻两个第一短截线以间距为P₁作为一个周期，依次与微带线的一侧连接；相邻两个第二短截线以间距为P₂作为一个周期，依次与微带线的一侧连接；第一短截线、第二短截线分别位于微带线相同的一侧，第一短截线、第二短截线分别以两个不同的周期叠加形成双波束天线。本发明在微带线引入不同周期的短截线作为辐射元，不同的周期对应不同的空间谐波辐射，并都取第n＝‑1次空间谐波，实现不同方向角的两个高增益主波束扫描辐射。

Description

一种双波束辐射的漏波天线

技术领域

本发明涉及通讯天线技术领域，更具体的，涉及一种双波束辐射的漏波天线。

背景技术

漏波天线是一种很有吸引力的行波天线，具有结构简单，能提供频率扫描波束，窄波束，高增益和低轮廓的特点。大部分的周期性漏波天线都是在一个导波结构上引入一系列周期性的不连续性(开口或狭缝)来产生辐射的，利用空间谐波理论，将周期孔径场扩展为无限次的空间谐波项，其中快波可以辐射，慢波作为表面波被束缚在天线孔径上。该类型天线的辐射由n＝-1空间谐波贡献，表现为单波束辐射模式。为了满足多用户通信的要求，双波束天线或多波束天线更具有适用性，双波束扫描天线可以同时与两个用户或设备建立无线连接，可以提供灵活多样的波束覆盖。

常用的多波束天线实现方案有：

1)多波束相控阵天线

2)多波束透镜天线

3)多波束反射面天线

然而，上述现有技术1需要涉及幅度、相位分布设计和单元阻抗设计，这种结构的馈电网络非常复杂；上述现有技术2由于馈源偏离透镜焦点会引起彗形像差而使旁瓣电平升高，馈源的偏焦角不能过大；上述现有技术3需要较大的轮廓，不易集成。因此，设计一种馈电简单，低剖面，易集成和容易加工且能够实现高增益和波束扫描的双波束辐射天线很具有实际价值。

发明内容

本发明为了解决以上现有技术存在不足的问题，提供了一种双波束辐射的漏波天线，实现了高增益的双波束扫描，提供了较宽的阻抗带宽，同时具备低剖面，易集成和容易加工的优点。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：

一种双波束辐射的漏波天线，包括金属地板、微带线、若干个第一短截线、若干个第二短截线、介质板、2个馈电探针；

所述的微带线、第一短截线、第二短截线分别位于介质板的上表面，所述的金属地板位于介质板的下表面；所述的馈电探针从微带线的两端进行馈电；

所述的相邻两个第一短截线以间距为P₁作为一个周期，依次与微带线的一侧连接；

所述的相邻两个第二短截线以间距为P₂作为一个周期，依次与微带线的一侧连接；

所述的第一短截线、第二短截线分别位于微带线相同的一侧，所述的第一短截线、第二短截线分别以两个不同的周期叠加形成双波束天线。

优选地，P₁＝3*Δp，Δp表示第一短截线之间的一个单位距离，其值为5mm。

优选地，P₂＝4*Δp，Δp表示第二短截线之间的一个单位距离，其值为5mm。

优选地，所述的介质板的介电常数为2.2、损耗角正切为0.0009。

进一步地，所述的介质板的长度为300mm、宽度为31.8mm、厚度为1mm。

优选地，所述的第一短截线、第二短截线均垂直于所述的微带线。

进一步地，所述的短截线的长度为9.4mm、宽度为2.5mm。

优选地，所述的微带线的宽度为3mm，长度为300mm。

优选地，所述金属地板与介质板的横截面的维度一致。

优选地，所述的第一短截线、第二短截线均从微带线的一端为起始点，分别以不同周期依次排列连接微带线，且所述的第一短截线、第二短截线的起始点相同。

本发明的有益效果如下：

本发明漏波天线结构简单，可以采用印刷电路板技术进行制作，解决了传统双波束天线不易加工的问题，避免使用复杂的馈电网络，具有易集成、低剖面和易加工的特点。

本发明在微带线引入不同周期的短截线作为辐射元，不同的周期对应不同的空间谐波辐射，并且都取第n＝-1次空间谐波，从而实现了不同方向角的两个高增益主波束扫描辐射。

附图说明

图1为本实施例所述的漏波天线的透视图。

图2为本实施例所述的漏波天线的俯视图。

图3是本实施例所述的漏波天线的设计思路示意图。

图4是本实施例的反射系数图。

图5是本实施例的传输系数图。

图6是本实施例的峰值增益和总效率图。

图7是本实施例在频率为11GHz时，phi＝0°的滚动角平面上的辐射方向图。

图8是本实施例在频率为11GHz时，phi＝90°的滚动角平面上的辐射方向图。

图9是本实施例在频率为11.5GHz时，phi＝0°的滚动角平面上的辐射方向图。

图10是本实施例在频率为11.5GHz时，phi＝90°的滚动角平面上的辐射方向图。

图11是本实施例在频率为12GHz时，phi＝0°的滚动角平面上的辐射方向图。

图12是本实施例在频率为12GHz时，phi＝90°的滚动角平面上的辐射方向图。

图中，1-介质板、2-金属地板2、3-微带线、4-第一短截线、5-第二短截线。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

如图1、图2、图3所示，一种双波束辐射的漏波天线，包括金属地板2、微带线3、若干个第一短截线4、若干个第二短截线5、介质板1、2个馈电探针；

所述的微带线3、第一短截线4、第二短截线5分别位于介质板1的上表面，所述的金属地板2位于介质板1的下表面；所述的馈电探针从微带线3的两端进行馈电，即在微带线3的两端分别设置有馈电探针；

所述的相邻两个第一短截线4以间距为P₁作为一个周期，依次与微带线3的一侧连接；

所述的相邻两个第二短截线5以间距为P₂作为一个周期，依次与微带线3的一侧连接；

所述的第一短截线4、第二短截线5分别位于微带线3相同的一侧，所述的第一短截线4、第二短截线5分别以两个不同的周期叠加形成双波束天线。

如图3所示，为了更清楚的描述，图1中以间距为P₁作为一个周期的一种漏波天线，以间距为P₂作为另一个周期的一种漏波天线，将以间距为P₁作为一个周期的一种漏波天线，和以间距为P₂作为另一个周期的一种漏波天线进行叠加得到P₃，也即本申请所述的双波束辐射的漏波天线。将所述的第一短截线4、第二短截线5均从微带线3的一端为起始点，分别以不同周期依次排列连接微带线3，且所述的第一短截线4、第二短截线5的起始点相同。

在一个具体的实施例中，P₁＝3*Δp，Δp表示第一短截线之间的一个单位距离，其值为5mm；P₂＝4*Δp，Δp表示第二短截线之间的一个单位距离，其值为5mm。第一短截线4间距为P₁＝15mm，第二短截线5间距为P₂＝20mm。

在一个具体的实施例中，所述的介质板1为固体介质板1，所述的介质板1的介电常数为2.2、损耗角正切为0.0009。所述的介质板1的长度为300mm、宽度为31.8mm、厚度为1mm。

在一个具体的实施例中，所述微带线3沿着横向分布设置第一、第二短截线5，即所述的第一短截线4、第二短截线5均垂直于所述的微带线3；所述的第一短截线4、第二短截线5的尺寸相同，它们的长度均为9.4mm、宽度均为2.5mm。所述微带线3的参数根据天线性能和阻抗匹配要求确定。所述的微带线3的宽度为3mm，长度为300mm。

本实施中，所述微带线3上的第一短截线4、第二短截线5一共设置有30个，短截线的参数根据天线的性能和阻抗匹配的要求确定。

在本实施例中，所述微带线3上的第一短截线4、第二短截线5远离微带线3的一端与介质板1长边的距离都为5.1mm，位于微带线3两端的第一短截线4(或第二短截线5)与介质板1短边的距离都为6.25mm。

在一个具体的实施例中，所述金属地板2与介质板1的横截面的维度一致。所述金属地板2和微带线33均为平面结构，且都紧贴介质板1。所述的漏波天线采用印刷电路板技术制作而成。

图4是本发明的反射系数曲线图，从图4中可以看出当频率为9.2Ghz-13.2GHz时，|S₁₁|<-10dB。

图5是本发明的传输系数曲线图，从图5中可以看出当频率为9.2Ghz-13.2GHz时，|S₂₁|<-2.5dB。

图6是本发明的峰值增益和总效率图，从图6可以看出，当金属地板2的维度为有限值时，仿真结果显示，频率在9.2GHz-13.2GHz的频带内的峰值增益都比较高，并且增益随着频率的增大而增益，要注意，这里是双波束辐射下的每个波束峰值增益。最终测量结果表明天线最大峰值增益有16.90dB。注意到在天线的阻抗匹配带宽内，天线的总辐射效率都超过50％，最大效率可达80％以上。

图8～12是本发明分别工作在10.5GHz，11GHz,11.5GHz，12GHz,12.5GHz和13GHz，phi＝0°的滚动角平面上的辐射方向图。从图中方向图可以看出，该天线具有良好的双波束辐射性能，波束平衡性较好，同时兼具波束扫描功能，并且可以实现前后象扫描，交叉极化可以忽略。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种双波束辐射的漏波天线，其特征在于：包括金属地板、微带线、若干个第一短截线、若干个第二短截线、介质板、2个馈电探针；

2.根据权利要求1所述的双波束辐射的漏波天线，其特征在于：P₁＝3*Δp，Δp表示第一短截线之间的一个单位距离。

3.根据权利要求1所述的双波束辐射的漏波天线，其特征在于：P₂＝4*Δp，Δp表示第二短截线之间的一个单位距离。

4.根据权利要求1所述的双波束辐射的漏波天线，其特征在于：所述的介质板的介电常数为2.2、损耗角正切为0.0009。

5.根据权利要求4所述的双波束辐射的漏波天线，其特征在于：所述的介质板的长度为300mm、宽度为31.8mm、厚度为1mm。

6.根据权利要求1所述的双波束辐射的漏波天线，其特征在于：所述的第一短截线、第二短截线均垂直于所述的微带线。

7.根据权利要求6所述的双波束辐射的漏波天线，其特征在于：所述的短截线的长度为9.4mm、宽度为2.5mm。

8.根据权利要求1所述的双波束辐射的漏波天线，其特征在于：所述的微带线的宽度为3mm，长度为300mm。

9.根据权利要求1所述的双波束辐射的漏波天线，其特征在于：所述金属地板与介质板的横截面的维度一致。

10.根据权利要求1～9任一项所述的双波束辐射的漏波天线，其特征在于：所述的第一短截线、第二短截线均从微带线的一端为起始点，分别以不同周期依次排列连接微带线，且所述的第一短截线、第二短截线的起始点相同。