CN114725686B - 基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线，包括矩形金属波导和振子，将矩形金属波导从横向宽边沿着中线对半切开，只保留其中一半作为半模矩形波导(7)，并仅在半模矩形波导(7)开口的一侧设置多个振子，多个振子均垂直于半模矩形波导(7)开口方向向外延伸，在半模矩形波导(7)上与开口方向垂直的一侧(6)设置激励；本发明的优点在于：占用的空间较小，容易布置，应用范围广。

Description

基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线
技术领域
本发明涉及微波天线技术领域，更具体涉及基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线。
背景技术
对数周期天线是一种非频变天线，所谓非频变是指天线的阻抗、方向图、增益、驻波比等电特性随频率的对数成周期性变化，并在很宽的频带内保持基本不变。对数周期天线广泛应运于各种领域，频带宽、结构简单、加工方便且不需要投入太多的成本。但是现有技术对数周期天线，例如，中国专利授权公告号CN205376775U公开的对数周期天线的组阵结构、中国专利授权公告号CN212783769U公开的一种电磁兼容对数周期天线以及中国专利公开号CN111430873A公开的一种刚性结构短波双层对数周期天线扇形阵，均存在用于给振子馈电的集合线繁多且需要外设线架进行固定，占用的空间较大，不易布置，对于飞机等对空间布置要求较高，稳定性要求高的设备，这种天线很难推广应用，导致应用范围基本局限于地面。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术对数周期天线存在占用的空间较大，不易布置，应用范围小的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线，包括矩形金属波导和振子，将矩形金属波导从横向宽边沿着中线对半切开，只保留其中一半作为半模矩形波导(7)，并仅在半模矩形波导(7)开口的一侧设置多个振子，多个振子均垂直于半模矩形波导(7)开口方向向外延伸，在半模矩形波导(7)上与开口方向垂直的一侧(6)设置激励。
本发明将传统的对数周期振子天线结构和矩形金属波导结构相结合，将给振子馈电的集合线用半模矩形波导代替，仅需要在半模矩形波导开口的一侧设置天线振子，而不是传统的两侧对称设置，在保证天线性能的前提下，大大减少振子数量，实现小型化，并且整个天线不需要大型线架，直接将天线结构中半模矩形波导的底面安装于其他设备上即可，占用的空间较小，容易布置，能够应用于对空间布置要求较高、稳定性要求较高的设备上，应用范围广。
进一步地，所述振子有5个且为矩形，分别为第一振子(1)至第五振子(5)，第一振子(1)、第三振子(3)、第五振子(5)垂直于半模矩形波导(7)开口的底边向外延伸，第二振子(2)、第四振子(4)垂直于半模矩形波导(7)开口的顶边向外延伸。
更进一步地，从俯视方向看，第一振子(1)至第五振子(5)等间距顺序排列且第一振子(1)至第五振子(5)的长度依次减小。
更进一步地，相邻振子间的距离与两者间较长振子长度的二倍比为σ。
更进一步地，相邻的所述振子的长度比为τ＝0.88，第一振子(1)的长宽分别为L1＝9.191mm、W1＝0.7352mm；第二振子(2)的长宽分别为L2＝8.088mm、W2＝0.6470mm；第三振子(3)的长宽分别为L3＝7.117mm、W3＝0.5693mm；第四振子(4)的长宽分别为L4＝6.263mm、W4＝0.5010mm；第五振子(5)的长宽分别为L5＝5.512mm、W5＝0.4409mm。
更进一步地，所述激励与5个振子中最短的振子的垂直距离为L6＝2.261mm。
进一步地，所述半模矩形波导(7)中填充介质为空气。
进一步地，所述半模矩形波导(7)上与开口方向垂直的一侧(6)设置波端口激励进行馈电。
进一步地，所述半模矩形波导(7)厚度D1＝1mm，宽边尺寸D2＝9.5mm，长边尺寸L＝15.113mm。
进一步地，所述半模矩形波导(7)平行于空间直角坐标系o-xyz的xoy面，其中，空间直角坐标系o-xyz，包括原点o、x轴、y轴、z轴。
本发明的优点在于：
(1)本发明将传统的对数周期振子天线结构和矩形金属波导结构相结合，将给振子馈电的集合线用半模矩形波导代替，仅需要在半模矩形波导开口的一侧设置天线振子，而不是传统的两侧对称设置，在保证天线性能的前提下，大大减少振子数量，实现小型化，并且整个天线不需要大型线架，直接将天线结构中半模矩形波导的底面安装于其他设备上即可，占用的空间较小，容易布置，能够应用于对空间布置要求较高、稳定性要求较高的设备上，应用范围广。
(2)本发明在半模矩形波导上设置多个振子，进行电磁波的接收和辐射，在波导的一侧设置激励，由于波导中存在电磁振荡，波导中存在电磁场分布和管壁电流分布，因此可以为振子进行馈电，实现对数周期天线功能，经过验证，该天线仍具有良好的匹配特性和辐射方向。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线的三维结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线的顶视图；
图3为本发明实施例所提供的基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线的S11参数曲线图；
图4中(a)、(b)、(c)分别为本发明实施例所提供的基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线的工作频率为8GHz、10GHz、12GHz时的E面辐射方向图；
图5中(a)、(b)、(c)分别为本发明实施例所提供的基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线的工作频率为8GHz、10GHz、12GHz时的H面辐射方向图；
图中标号：
第一振子1第二振子2第三振子3第四振子4
第五振子5半模矩形波导的一个侧面6半模矩形波导7。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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。
如图1所示，本发明提供基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线，包括矩形金属波导和振子，将矩形金属波导从横向宽边沿着中线对半切开，只保留其中一半作为半模矩形波导7，并仅在半模矩形波导7开口的一侧设置多个振子，多个振子均垂直于半模矩形波导7开口方向向外延伸，在半模矩形波导7上与开口方向垂直的一侧6设置波端口激励进行馈电。将能量传输良好的矩形金属波导从宽边沿着中线切半，并在开口的一侧设置天线的振子进行电磁波的接收和辐射，同时要保证波导的短边尺寸尽量小，以减少电磁能量的流失。在波导的一侧设置激励，由于波导中存在电磁振荡，矩形金属波导中存在电磁场分布和管壁电流分布，以此为振子进行馈电。波导的宽边尺寸和天线振子的长度都按照天线工作覆盖的频率而定，截止频率小于工作频率，保证波导中能进行能量传输。
图1结合图2，本实施例中，所述振子有5个且为矩形，分别为第一振子1至第五振子5，第一振子1、第三振子3、第五振子5垂直于半模矩形波导7开口的底边向外延伸，第二振子2、第四振子4垂直于半模矩形波导7开口的顶边向外延伸。从俯视方向看，第一振子1至第五振子5等间距顺序排列且第一振子1至第五振子5的长度依次减小。
继续参阅图2，相邻的所述振子的长度比为τ＝0.88，相邻振子间的距离与两者间较长振子长度的二倍比为σ＝0.20。第一和第二振子间的距离为d1＝3.676mm，第二和第三振子间的距离为d2＝3.235mm，第三和第四振子间的距离为d3＝2.847mm，第四个和第五振子间的距离为d4＝2.505mm。第一振子1的长宽分别为L1＝9.191mm、W1＝0.7352mm；第二振子2的长宽分别为L2＝8.088mm、W2＝0.6470mm；第三振子3的长宽分别为L3＝7.117mm、W3＝0.5693mm；第四振子4的长宽分别为L4＝6.263mm、W4＝0.5010mm；第五振子5的长宽分别为L5＝5.512mm、W5＝0.4409mm。所述激励与5个振子中最短的振子的垂直距离为L6＝2.261mm。
继续参阅图2，所述半模矩形波导7中填充介质为空气，所述半模矩形波导7平行于空间直角坐标系o-xyz的xoy面，其中，空间直角坐标系o-xyz，包括原点o、x轴、y轴、z轴。所述半模矩形波导7厚度D1＝1mm，宽边尺寸D2＝9.5mm，长边尺寸L＝15.113mm。
以下通过实验验证本发明的天线的性能，本发明的天线结构的S11参数曲线图如图3所示，在有效工作频段内其值均低于-10dB，可见通过调整腔体的长度，使天线的达到了良好的匹配状态。图4和图5是分别是本发明的天线结构对应的E面和H面的天线辐射方向图，从图中可以看出，本发明的天线结构具有良好的辐射方向图，可以看出本天线的良好的端射特性，由于本结构具有不对称性，故方向图轻微偏离端射方向。
通过以上技术方案，本发明将传统的对数周期振子天线结构和矩形金属波导结构相结合，将给振子馈电的集合线用半模矩形波导7代替，仅需要在半模矩形波导7开口的一侧设置天线振子，而不是传统的两侧对称设置，在保证天线性能的前提下，大大减少振子数量，实现小型化，并且整个天线不需要大型线架，直接将天线结构中半模矩形波导7的底面安装于其他设备上即可，占用的空间较小，容易布置，能够应用于对空间布置要求较高、稳定性要求较高的设备上，应用范围广。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线，其特征在于，包括矩形金属波导和振子，将矩形金属波导从横向宽边沿着中线对半切开，只保留其中一半作为半模矩形波导(7)，并仅在半模矩形波导(7)开口的一侧设置多个振子，多个振子均垂直于半模矩形波导(7)开口方向向外延伸，在半模矩形波导(7)上与开口方向垂直的一侧(6)设置激励；所述振子有5个且为矩形，分别为第一振子(1)至第五振子(5)，第一振子(1)、第三振子(3)、第五振子(5)垂直于半模矩形波导(7)开口的底边向外延伸，第二振子(2)、第四振子(4)垂直于半模矩形波导(7)开口的顶边向外延伸；从俯视方向看，第一振子(1)至第五振子(5)顺序排列且第一振子(1)至第五振子(5)的长度依次减小；相邻振子间的距离与两者间较长振子长度的二倍比为σ。
2.根据权利要求1所述的基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线，其特征在于，相邻的所述振子的长度比为τ＝0.88，第一振子(1)的长宽分别为L1＝9.191mm、W1＝0.7352mm；第二振子(2)的长宽分别为L2＝8.088mm、W2＝0.6470mm；第三振子(3)的长宽分别为L3＝7.117mm、W3＝0.5693mm；第四振子(4)的长宽分别为L4＝6.263mm、W4＝0.5010mm；第五振子(5)的长宽分别为L5＝5.512mm、W5＝0.4409mm。
3.根据权利要求2所述的基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线，其特征在于，所述激励与5个振子中最短的振子的垂直距离为L6＝2.261mm。
4.根据权利要求1所述的基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线，其特征在于，所述半模矩形波导(7)中填充介质为空气。
5.根据权利要求1所述的基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线，其特征在于，所述半模矩形波导(7)上与开口方向垂直的一侧(6)设置波端口激励进行馈电。
6.根据权利要求1所述的基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线，其特征在于，所述半模矩形波导(7)厚度D1＝1mm，宽边尺寸D2＝9.5mm，长边尺寸L＝15.113mm。
7.根据权利要求1所述的基于半模矩形金属波导激励的对数周期天线，其特征在于，所述半模矩形波导(7)平行于空间直角坐标系o-xyz的xoy面，其中，空间直角坐标系o-xyz，包括原点o、x轴、y轴、z轴。
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