CN210404054U - 一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，包括上层的辐射层以及下层的馈电网络层，所述辐射层包括第一辐射层金属板、第二辐射层金属板、第三辐射层金属板、辐射层金属抛物柱面以及辐射体，辐射体在第一辐射层金属板的表面周期性设置；馈电网络层包括设置在辐射层正下方的第一馈电网络层金属板，第二馈电网络层金属板、第三馈电网络层金属板、馈电网络层金属抛物柱面以及设置在第一馈电网络层金属板上的馈电波导，馈电波导的一侧带有H面喇叭，第一馈电网络层金属板上靠近馈电网络层金属抛物柱面处设有馈电网络层耦合缝隙。本实用新型馈源由多个H面喇叭组成，可以很方便地形成多波束，既简化了馈电网络，又提高了馈电效率。

Description

一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线

技术领域

本实用新型涉及毫米波天线技术领域，具体而言，是一种采用抛物柱面对CTS(Continuous Transverse Stub)缝隙天线进行耦合馈电的天线技术。

背景技术

随着第五代移动通信的到来以及物联网的蓬勃发展，无人驾驶技术得到了空前的关注，各大传统汽车公司和新兴的互联网公司投入重金进行有关无人驾驶的系统、算法的开发研究。在无人驾驶领域，毫米波雷达由于其全天候、低成本等特点成为无人驾驶不可或缺的传感器平台。目前在毫米波汽车雷达系统中，天线多为定向波束，其缺点是作用距离近、覆盖范围小，这些缺点已经不能适应汽车雷达的发展，相控阵雷达和多波束技术可以克服上述缺点，其中相控阵雷达可以轻松实现多目标跟踪、更宽范围覆盖，其缺点是多个射频通道需要更多的射频元件及芯片，必然导致成本上升，不利于客户推广，而多波束技术主要是采用新颖的天线技术解决上述问题，成本更低，有利于市场推广。常用的多波束天线技术是采用Buttler矩阵实现的，其馈电网络过于复杂，而且引入的损耗过大，馈电效率变低。

针对上述汽车雷达天线的设计难点和要求，我们提出了采用抛物柱面对CTS缝隙进行耦合馈电的天线技术，其馈源由多个H面喇叭组成，可以很方便地形成多波束，既简化了馈电网络，又提高了馈电效率，设计出高效、低轮廓、宽带的毫米波多波束天线，该技术可以应用在无人驾驶汽车雷达中。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，包括上层的辐射层以及下层的馈电网络层，所述辐射层包括第一辐射层金属板、第二辐射层金属板、第三辐射层金属板、辐射层金属抛物柱面以及辐射体，所述第一辐射层金属板、第二辐射层金属板、第三辐射层金属板以及辐射层金属抛物柱面相互连接，辐射体在第一辐射层金属板的表面周期性设置，第一辐射层金属板和第二辐射层金属板组成平行板波导；

所述馈电网络层包括设置在辐射层正下方的第一馈电网络层金属板，第二馈电网络层金属板、第三馈电网络层金属板、馈电网络层金属抛物柱面以及设置在第一馈电网络层金属板上的馈电波导，第一馈电网络层金属板和第二馈电网络层金属板组成平行板波导。

进一步，所述辐射体的截面呈T字型，多个辐射体在第一辐射层金属板的表面沿x轴方向周期性等间距排布，相邻辐射体之间的间距为1个自由空间波长。

进一步，所述辐射体包括两个辐射缝隙以及位于两个辐射缝隙之间的耦合缝隙，两个辐射缝隙沿y轴方向延伸，两个辐射缝隙之间的间距为0.5个自由空间波长，多个辐射缝隙形成CTS缝隙阵列天线，耦合缝隙把第一辐射层金属板和第二辐射层金属板形成的平行板波导里的信号耦合到辐射缝隙里，并辐射出去。

进一步，所述馈电波导的一侧带有H面喇叭，第一馈电网络层金属板上靠近馈电网络层金属抛物柱面处设有馈电网络层耦合缝隙。

进一步，所述辐射层金属抛物柱面和馈电网络层金属抛物柱面均呈弧形，馈电波导的的H面喇叭的辐射口面位于馈电网络层金属抛物柱面的焦点处。

进一步，所述馈电网络层耦合缝隙呈矩形状，馈电网络层耦合缝与馈电网络层金属抛物柱面的延伸方向一致。

进一步，所述辐射层金属抛物柱面和馈电网络层金属抛物柱面相连接，辐射层金属抛物柱面和馈电网络层金属抛物柱面的焦距相等。

进一步，所述馈电波导的数量为三个，相邻馈电波导的H面喇叭之间的距离为1.5个自由空间波长。

进一步，馈电波导中的信号通过馈电网络层金属抛物柱面的反射形成柱面波，再通过第一馈电网络层金属板上开设的一系列馈电网络层耦合缝隙把能量耦合到由第一辐射层金属板和第二辐射层金属板组成的平行板波导中，然后再由辐射体的辐射缝隙辐射出去。

进一步，所述第一馈电网络层金属板为和第二辐射层金属板为同一层金属板。

本实用新型的有益效果为：本实用新型针对毫米波领域中天线的应用需求，提出采用抛物柱面对CTS缝隙进行耦合馈电的天线技术，馈源由多个H面喇叭组成，可以很方便地形成多波束，既简化了馈电网络，又提高了馈电效率，拓宽了馈电带宽，该天线技术在毫米波领域有较大的优势，可以应用到毫米波雷达、通信领域。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型辐射层的结构示意图；

图3为本实用新型馈电网络层的结构示意图；

图4为本实用新型馈电时的回波损耗图；

图5为本实用新型的天线辐射效率图；

图6为本实用新型的多波束天线方向图。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，包括上层的辐射层以及下层的馈电网络层，辐射层包括第一辐射层金属板1、第二辐射层金属板2、第三辐射层金属板31、辐射层金属抛物柱面32以及辐射体4，第一辐射层金属板1、第二辐射层金属板2、第三辐射层金属板31以及辐射层金属抛物柱面32相互连接，辐射体4在第一辐射层金属板1的表面周期性设置，第一辐射层金属板1和第二辐射层金属板2组成平行板波导；

其中，辐射体4的截面呈T字型，多个辐射体4在第一辐射层金属板1的表面沿x轴方向周期性等间距排布，相邻辐射体4之间的间距为1个自由空间波长。

辐射体4包括辐射缝隙41、辐射缝隙42以及耦合缝隙43，辐射缝隙41、辐射缝隙42沿y轴方向延伸，辐射缝隙41、辐射缝隙42之间的间距为0.5个自由空间波长，多个辐射缝隙形成CTS缝隙阵列天线，耦合缝隙43把第一辐射层金属板1和第二辐射层金属板2形成的平行板波导里的信号耦合到辐射缝隙里，并辐射出去。

进一步，馈电网络层包括设置在辐射层正下方的第一馈电网络层金属板2(本专利中，需要说明的是，第一馈电网络层金属板为2和第二辐射层金属板2实际上是同一层金属板)，第二馈电网络层金属板6、第三馈电网络层金属板61、馈电网络层金属抛物柱面62以及设置在第一馈电网络层金属板2上的馈电波导，第一馈电网络层金属板2和第二馈电网络层金属板6组成平行板波导。本实施例中，馈电波导的数量为三个，分别为馈电波导51、馈电波导52、馈电波导53，馈电波导51带有H面喇叭54，馈电波导52带有H面喇叭55，馈电波导53带有H面喇叭56，H面喇叭54和H面喇叭56并排放置于H面喇叭55两边，并且分别与其相距1.5个波长。

辐射层金属抛物柱面32和馈电网络层金属抛物柱面62均呈弧形，辐射层金属抛物柱面32和馈电网络层金属抛物柱面62相连接，辐射层金属抛物柱面32和馈电网络层金属抛物柱面62的焦距相等，H面喇叭55的辐射口面位于馈电网络层抛物柱面62的焦点处；

另外，第一馈电网络层金属板2上靠近馈电网络层金属抛物柱面62处设有一系列馈电网络层耦合缝隙7，馈电网络层耦合缝隙7呈矩形状，馈电网络层耦合缝7与馈电网络层金属抛物柱面62的延伸方向一致。

本天线使用时，馈电波导中的信号通过馈电网络层金属抛物柱面62的反射形成柱面波，再通过第一馈电网络层金属板2上开设的一系列馈电网络层耦合缝隙7把能量耦合到由第一辐射层金属板1和第二辐射层金属板2组成的平行板波导中，然后再由辐射体4的辐射缝隙41、辐射缝隙42辐射出去。

作为本实用新型的一个实施案例，我们设计了ka波段的CTS多波束缝隙天线。图4为H面喇叭55馈电时的回波损耗，以-10dB的回波损耗为参考点，覆盖23GHz-26GHz，带宽3GHz。图5为辐射效率，整个带宽内辐射效率都大于70％端口，最高可达85％。图6为三个喇叭馈电的归一后的多波束方向图。

本实用新型针对毫米波领域中天线的应用需求，提出采用抛物柱面对CTS缝隙进行耦合馈电的天线技术，馈源由多个H面喇叭组成，从图4至图6看出，本天线可以很方便地形成多波束，既简化了馈电网络，又提高了馈电效率，拓宽了馈电带宽，该天线技术在毫米波领域有较大的优势，可以应用到毫米波雷达、通信领域。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，包括上层的辐射层以及下层的馈电网络层，其特征在于，所述辐射层包括第一辐射层金属板、第二辐射层金属板、第三辐射层金属板、辐射层金属抛物柱面以及辐射体，所述第一辐射层金属板、第二辐射层金属板、第三辐射层金属板以及辐射层金属抛物柱面相互连接，辐射体在第一辐射层金属板的表面周期性设置，第一辐射层金属板和第二辐射层金属板组成平行板波导；

所述馈电网络层包括设置在辐射层正下方的第一馈电网络层金属板，第二馈电网络层金属板、第三馈电网络层金属板、馈电网络层金属抛物柱面以及设置在第一馈电网络层金属板上的馈电波导，第一馈电网络层金属板和第二馈电网络层金属板组成平行板波导。

2.根据权利要求1所述的一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，其特征在于，所述辐射体的截面呈T字型，多个辐射体在第一辐射层金属板的表面沿x轴方向周期性等间距排布，相邻辐射体之间的间距为1个自由空间波长。

3.根据权利要求2所述的一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，其特征在于，所述辐射体包括两个辐射缝隙以及位于两个辐射缝隙之间的耦合缝隙，两个辐射缝隙沿y轴方向延伸，两个辐射缝隙之间的间距为0.5个自由空间波长，多个辐射缝隙形成CTS缝隙阵列天线，耦合缝隙把第一辐射层金属板和第二辐射层金属板形成的平行板波导里的信号耦合到辐射缝隙里，并辐射出去。

4.根据权利要求3所述的一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，其特征在于，所述馈电波导的一侧带有H面喇叭，第一馈电网络层金属板上靠近馈电网络层金属抛物柱面处设有馈电网络层耦合缝隙。

5.根据权利要求4所述的一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，其特征在于，所述辐射层金属抛物柱面和馈电网络层金属抛物柱面均呈弧形，馈电波导的H面喇叭的辐射口面位于馈电网络层金属抛物柱面的焦点处。

6.根据权利要求4所述的一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，其特征在于，所述馈电网络层耦合缝隙呈矩形状，馈电网络层耦合缝与馈电网络层金属抛物柱面的延伸方向一致。

7.根据权利要求5所述的一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，其特征在于，所述辐射层金属抛物柱面和馈电网络层金属抛物柱面相连接，辐射层金属抛物柱面和馈电网络层金属抛物柱面的焦距相等。

8.根据权利要求4所述的一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，其特征在于，所述馈电波导的数量为三个，相邻馈电波导的H面喇叭之间的距离为1.5个自由空间波长。

9.根据权利要求5所述的一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，其特征在于，馈电波导中的信号通过馈电网络层金属抛物柱面的反射形成柱面波，再通过第一馈电网络层金属板上开设的一系列馈电网络层耦合缝隙把能量耦合到由第一辐射层金属板和第二辐射层金属板组成的平行板波导中，然后再由辐射体的辐射缝隙辐射出去。

10.根据权利要求1所述的一种采用抛物柱面耦合馈电的多波束缝隙天线，其特征在于，所述第一馈电网络层金属板为和第二辐射层金属板为同一层金属板。

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