CN217719968U - 一种高增益和高前后比的h面喇叭天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高增益和高前后比的H面喇叭天线，包括矩形介质基板、第一、二覆铜层、哑铃型缝隙、矩形缝隙、金属化通孔阵列、金属化通孔、输入端口和气孔介质；第一、二覆铜层位于矩形介质基板上、下表面，第一覆铜层上设有输入端口；第一、二覆铜层上均对称设有哑铃型缝隙和矩形缝隙，金属化通孔阵列与第一、二覆铜层共同围成一个基片集成波导腔体，金属化通孔阵列构成了天线的传输部分和喇叭部分，哑铃型缝隙和矩形缝隙位于喇叭部分，基片集成波导腔体内加载一对金属化通孔，气孔介质加载在喇叭部分外侧，气孔介质中的气孔分为大、小气孔。本实用新型在较高带宽的基础上具有高增益和高前后比的特性，在通信系统中可以减小干扰。

Description

一种高增益和高前后比的H面喇叭天线

技术领域

本实用新型涉及通讯天线的技术领域，尤其是指一种高增益和高前后比的H面喇叭天线。

背景技术

喇叭天线是最简单而常用的微波天线，它具有馈电容易，频率特性好等优点，学者们采用基片集成波导技术设计的喇叭天线同时具有低剖面、制作简单等优点。然而，这样设计的天线阻抗匹配较差，带宽窄。为了提高带宽，学者们通过在介质基板顶部和底部的金属层处增加一对槽以获得新的谐振频点。虽然采取这种方法可以获得宽带增益，但天线的增益和前后比等辐射特性表现一般，噪声干扰和同频干扰较大，后向辐射得不到抑制。通信质量较差。

对现有技术进行调查了解，具体如下：

Y.Luo等人在2017年提出一种利用基于基片集成波导技术的H面喇叭天线，通过在天线的顶部和底部金属层挖出一对槽，实现了低后瓣辐射，前后比为24dB。

H.Jamshidi-Zarmehri等人在2019年提出一种加载偶极子阵列和反射钉的H面喇叭天线。通过3*3的偶极子阵列显著减小了天线的H面半波束宽度；加载的反射钉减小了后向辐射，从而提高天线的前后比。但因为偶极子和反射钉需要固定在天线两侧，加大了制作的复杂程度。

总的来说，现有的工作中，有不少关于具有高增益和前后比的H面喇叭天线研究，但是很多或辐射特性不突出，或结构复杂难以加工。因此，设计一种简单有效的H面喇叭天线天线具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种高增益和高前后比的H面喇叭天线，通过同轴线进行馈电，该天线的中心频率为24.6GHz，有9.96％的相对带宽，13.22dBi的增益和30dB的前后比。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种高增益和高前后比的H面喇叭天线，包括矩形介质基板、第一覆铜层、第二覆铜层、哑铃型缝隙、矩形缝隙、金属化通孔阵列、金属化通孔、输入端口和气孔介质；所述第一覆铜层位于矩形介质基板上表面，所述第二覆铜层位于矩形介质基板下表面；所述第一覆铜层上设有输入端口，通过同轴线进行馈电；所述第一覆铜层和第二覆铜层上均对称设有哑铃型缝隙和矩形缝隙，所述哑铃型缝隙和矩形缝隙与矩形介质基板的短边平行，通过加载所述哑铃型缝隙和矩形缝隙能够减小天线后瓣辐射，提高天线前后比；所述金属化通孔阵列贯穿所述第一覆铜层、矩形介质基板和第二覆铜层；所述金属化通孔阵列与第一覆铜层和第二覆铜层共同围成一个基片集成波导腔体，所述金属化通孔阵列构成了天线的传输部分和喇叭部分，所述哑铃型缝隙和矩形缝隙位于喇叭部分；所述基片集成波导腔体内加载一对沿天线中轴线对称分布的金属化通孔，用于实现阻抗匹配；所述气孔介质加载在天线的喇叭部分外侧，用于改善阻抗匹配，提高天线的增益，该气孔介质中的气孔分为大气孔和小气孔，其中小气孔接近天线的喇叭口径面，大气孔远离天线的喇叭口径面。

优选的，所述传输部分接近矩形介质基板其中一短边，由三条金属化通孔阵列构成，其中第一条和第二条平行于矩形介质基板的长边，第三条平行于矩形介质基板的短边；所述喇叭部分由两条分别向矩形介质基板另一短边两端延伸的金属化通孔阵列构成。

优选的，所述哑铃型缝隙与天线的喇叭口径面之间的距离为四分之一工作频率波长。

优选的，所述输入端口为50欧姆的阻抗匹配。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本实用新型采用加载哑铃型和矩形缝隙的方式提高前后比和带宽，加载气孔介质提高天线的增益，其在较高带宽的基础上具有高增益和高前后比的特性，在通信系统中可以有效地减小干扰，提高系统工作的效率。同时，天线自身结构简单、剖面低、集成度高，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本实施例的H面喇叭天线的结构示意图。

图2为本实施例的H面喇叭天线的介质结构图。

图3为本实施例的H面喇叭天线的S参数仿真结果图。

图4为本实施例的H面喇叭天线的增益曲线仿真结果图。

图5为本实施例的H面喇叭天线的中心频率方向仿真结果图。

图6为本实施例的H面喇叭天线的前后比仿真结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1和图2所示，本实施例提供了一种高增益和高前后比的H面喇叭天线，包括矩形介质基板1、第一覆铜层2、第二覆铜层3、哑铃型缝隙4、矩形缝隙5、金属化通孔阵列6、金属化通孔7、输入端口8和气孔介质9；所述第一覆铜层2位于矩形介质基板1上表面，所述第二覆铜层3位于矩形介质基板1下表面；所述第一覆铜层2上设有输入端口8，通过同轴线进行馈电；所述第一覆铜层2和第二覆铜层3上均对称设有哑铃型缝隙4和矩形缝隙5，所述哑铃型缝隙4和矩形缝隙5与矩形介质基板1的短边平行，通过加载所述哑铃型缝隙4和矩形缝隙5能够有效减小天线后瓣，提高天线前后比；所述金属化通孔阵列6贯穿所述第一覆铜层2、矩形介质基板1和第二覆铜层3；所述金属化通孔阵列6与第一覆铜层2和第二覆铜层3共同围成一个基片集成波导腔体，所述金属化通孔阵列6构成了天线的传输部分和喇叭部分，所述哑铃型缝隙4和矩形缝隙5位于喇叭部分；所述基片集成波导腔体内加载一对沿天线中轴线对称分布的金属化通孔7，用于实现阻抗匹配；所述气孔介质9加载在天线的喇叭部分外侧，可以改善阻抗匹配，提高天线的增益，该气孔介质9中的气孔分为大气孔和小气孔，其中小气孔接近天线的喇叭口径面，大气孔远离天线的喇叭口径面。

优选的，所述传输部分接近矩形介质基板1其中一短边，由三条金属化通孔阵列6构成，其中第一条和第二条平行于矩形介质基板1的长边(即图中的Y轴)，第三条平行于矩形介质基板1的短边(即图中的X轴)；所述喇叭部分由两条分别向矩形介质基板1另一短边两端延伸的金属化通孔阵列6构成。

优选的，所述哑铃型缝隙4与天线的喇叭口径面之间的距离为四分之一工作频率波长。

优选的，所述输入端口8为50欧姆的阻抗匹配。

参见图3所示，显示了本实施例上述H面喇叭天线的S参数仿真结果。可以看出，天线反射系数小于-10dB的频率范围为23.44Hz-25.89GHz，相对带宽为9.96％。

参见图4所示，显示了本实施例上述H面喇叭天线的增益曲线仿真结果。可以看出，天线增益在23.44Hz-25.89GHz的频率范围内稳定，平均增益为13.22dBi。

参见图5所示，显示了本实施例上述H面喇叭天线的中心频率方向仿真结果。可以看出，天线在中心频率的方向图为单向辐射，且E面和H面的交叉极化水平均小于-15dB，具有低交叉极化水平。

参见图6所示，显示了本实施例上述H面喇叭天线的前后比仿真结果。可以看出，天线在23.44Hz-25.89GHz的频率范围内平均前后比为30dB，可以有效地减小后瓣辐射。

以上所述之实施例只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高增益和高前后比的H面喇叭天线，其特征在于：包括矩形介质基板(1)、第一覆铜层(2)、第二覆铜层(3)、哑铃型缝隙(4)、矩形缝隙(5)、金属化通孔阵列(6)、金属化通孔(7)、输入端口(8)和气孔介质(9)；所述第一覆铜层(2)位于矩形介质基板(1)上表面，所述第二覆铜层(3)位于矩形介质基板(1)下表面；所述第一覆铜层(2)上设有输入端口(8)，通过同轴线进行馈电；所述第一覆铜层(2)和第二覆铜层(3)上均对称设有哑铃型缝隙(4)和矩形缝隙(5)，所述哑铃型缝隙(4)和矩形缝隙(5)与矩形介质基板(1)的短边平行，通过加载所述哑铃型缝隙(4)和矩形缝隙(5)能够减小天线后瓣辐射，提高天线前后比；所述金属化通孔阵列(6)贯穿所述第一覆铜层(2)、矩形介质基板(1)和第二覆铜层(3)；所述金属化通孔阵列(6)与第一覆铜层(2)和第二覆铜层(3)共同围成一个基片集成波导腔体，所述金属化通孔阵列(6)构成了天线的传输部分和喇叭部分，所述哑铃型缝隙(4)和矩形缝隙(5)位于喇叭部分；所述基片集成波导腔体内加载一对沿天线中轴线对称分布的金属化通孔(7)，用于实现阻抗匹配；所述气孔介质(9)加载在天线的喇叭部分外侧，用于改善阻抗匹配，提高天线的增益，该气孔介质(9)中的气孔分为大气孔和小气孔，其中小气孔接近天线的喇叭口径面，大气孔远离天线的喇叭口径面。

2.根据权利要求1所述的一种高增益和高前后比的H面喇叭天线，其特征在于：所述传输部分接近矩形介质基板(1)其中一短边，由三条金属化通孔阵列(6)构成，其中第一条和第二条平行于矩形介质基板(1)的长边，第三条平行于矩形介质基板(1)的短边；所述喇叭部分由两条分别向矩形介质基板(1)另一短边两端延伸的金属化通孔阵列(6)构成。

3.根据权利要求1所述的一种高增益和高前后比的H面喇叭天线，其特征在于：所述哑铃型缝隙(4)与天线的喇叭口径面之间的距离为四分之一工作频率波长。

4.根据权利要求1所述的一种高增益和高前后比的H面喇叭天线，其特征在于：所述输入端口(8)为50欧姆的阻抗匹配。

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