一种共面波导馈电喇叭天线

摘要

本发明公开了一种共面波导馈电喇叭天线，属于天线技术领域。该天线从上到下层叠设置的辐射喇叭、微波介质板和背腔；背腔内设L型极化匹配结构，微波介质板上表面设有两个金属板以及位于金属板之间的共面波导线。本发明具有小型化、轴比带宽宽、结构紧凑、可实现宽带圆极化辐射特点。

说明书

技术领域

本发明涉及到天线技术领域，特别涉及一种共面波导馈电喇叭天线。

背景技术

目前，在卫星通信领域通信的频谱越来越宽，对射频终端的要求也越来越高，这就需要天线的工作带宽也逐渐拓宽。卫星通信、导航通信系统往往需要设备，具有收、发信号功能，且收发信号的频段不同，对天线提出的要求就是，多频、宽带工作；随着相控阵天线技术的快速发展，其独有的技术优势使其越来越受到广大工程技术人员的重视，天线辐射单元作为相控阵天线的关键技术部件之一，其性能的优良程度直接影响卫星通信的质量。

现阶段圆极化微带天线主要有以下几种形式：

1、对角线切角圆极化微带天线：该形式天线结构简单，轮廓低，但天线轴比、驻波带宽小于2％。

2、集成电桥的圆极化微带天线形式，该形式的微带天线轴比、驻波带宽较宽通常其小于3dB轴比带宽大于15％，小于2的驻波带宽大于20％，但外接圆极化电桥占用空间较大、馈线冗长、差损较大，不利于天线、网络一体化设计。

3、缝隙耦合圆极化微带天线，该形式的圆极化微带天线与传统的圆极化微带天线比较，具有阻抗、轴比带宽宽的特点，但由于缝隙结构的不对称性，往往需要加载隔离电阻实现较宽的轴比带宽，这样产生了两个问题：一方面，隔离电阻需要人工焊接，当阵列规模较大时，需要巨大的工作量，又很难保证单元焊接的一致性；另一方面，隔离电阻会产生一定的差损，导致辐射增益不同程度的下降。

以上几种圆极化微带天线各有优缺点，虽个别指标特性较优，它们的共性缺陷是无法满足小型化宽频段工作的技术要求，尤其是作为宽带数字波束扫描阵列天线单元技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种共面波导馈电喇叭天线。该天线具有小型化、轴比带宽宽、结构紧凑、可实现宽带圆极化辐射特点。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种共面波导馈电喇叭天线，包括从上到下设置的辐射喇叭、微波介质板和背腔；所述辐射喇叭为方形结构，在方形结构内部其中一对角上均紧贴有与其深度相同的矩形块；所述微波介质板的上表面设有共面波导线和两个金属地，所述共面波导线从微波介质板一边的中点为起点垂直向内部延伸，两个金属地分别位于共面波导线的两侧，两个金属地与共面波导线的间距相同；

所述背腔扣合在微波介质板的下表面；在背腔中部设有连接背腔底面与微波介质板的L型极化匹配结构，所述L型极化匹配结构包括两个正交的极化匹配枝节；

两个金属地分别为第一金属地和第二金属地；其中第一金属地的面积大于第二金属地的面积；两个极化匹配枝节分别为第一极化匹配枝节和第二极化匹配枝节，所述第一极化匹配枝节在微波介质板上表面的投影位于共面波导线的端部附近，并与共面波导线的延伸方向垂直，所述第二极化匹配枝节位于第一金属地的一侧；在共面波导线的起点位置还馈接有射频接插件的内导体，射频接插件的外导体连接第一金属地和第二金属地。

进一步的，所述第一金属地和第二金属地均为矩形结构，两者分别位于共面波导线的两侧；第一金属地和第二金属地的短边分别平行于共面波导线；第一金属地的短边长度大于第二金属地的短边长度，第一金属地长边长度和第二金属地的长边长度相等。

本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明共面波导馈电喇叭天线装置具有结构紧凑、简单，电尺寸小的特点；

2、本发明共面波导馈电喇叭天线装置具有圆极化轴比辐射辐射带宽宽，隔离度高，有源驻波小的特点，可满足数字多波束天线对辐射单元的电小尺寸要求技术要求。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1中的微波介质板上表面示意图。

图3是图1中背腔的结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图中：1、辐射喇叭，2、微波介质板，3、背腔，4、矩形块，5、共面波导线，6、第一金属地，7、第二金属地，8、第一极化匹配枝节，9、第二极化匹配枝节，10、L型极化匹配结构。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

一种共面波导馈电喇叭天线，主要由三部分组成，其包括辐射喇叭1、微波介质板2、背腔3；

其中辐射喇叭1设置在天线结构的最上方，外轮廓呈方口结构，辐射喇叭口相对的内角上相对的两个边设置有两立方体矩形块4，关于辐射喇叭1旋转180°对称；

微波介质板2位于辐射喇叭1的正下方，为正方形片状结构，厚度为1mm，其上表面设置有共面波导线5，从微波介质板边缘延伸至内部，延伸方向垂直于微波介质板的边缘。

进一步地，位于共面波导线5起始端两侧设置有第一金属地6和第二金属地7。

进一步地，第一金属地6和第二金属地均呈长方形，第一金属地的宽边大于第二金属地的宽边。所述第一金属地平行于共面波导线的宽边大于和第二金属地平行于共面波导线的宽边，第一金属地的长边大小等于第二金属地的长边大小。

微波介质板2正下方设置有背腔3，背腔3呈正方体结构，起到反射信号，满足天线定向辐射，并作为天线的整体支撑结构；

进一步地，背腔内设置有正交放置的第二极化匹配枝节9和第一极化匹配枝节8；

进一步地，第一极化匹配枝节8的截面为矩形，其上端面与微波介质板2的下表面相切，上端面在微波介质2的上表面的投影位于共面波导线5的终端附近区域，且不交叉；

进一步地，第一极化匹配枝节8的截面矩形长边与共面波导线5的延伸方向垂直；

进一步地，第二极化匹配枝节9的截面同样为矩形，其紧贴极化匹配块的一端，延伸方向与第一极化匹配枝节8延伸方向垂直，且指向共面波导线的起点所在边缘；

进一步地，第二极化匹配枝节9位于第一金属地6的一侧，且与背腔3的内壁不接触；

进一步地，第一极化匹配枝节8与第二极化匹配枝节9在微波介质板2的下表面投影为为倒"L"型；两者共同构成L型极化匹配结构10。

射频接插件馈接在共面波导线的起点位置，用于输入、信号；

背腔3为截面为正方形。

下面为一更具体的实施例：

如图1～4所示，本实施例主要由三部分组成，其包括辐射喇叭1、微波介质板2、背腔3；其中，辐射喇叭1为方口喇叭，喇叭壁厚为1mm，方口喇叭的边长为0.53λ

其中辐射喇叭1设置在天线结构的最上方，喇叭口相对的内角上相对的两个边设置有两立方体矩形块4，关于辐射喇叭1旋转180°对称；矩形块4的长为0.17λ

微波介质板2位于辐射喇叭1的正下方，为正方形片状结构，厚度为1mm，罗杰斯RT5880，介电常数为2.2，其上表面设置有共面波导线5，从微波介质板边缘延伸至内部，延伸方向垂直于、平分微波介质板的边缘线段，指向其几何中心，长度为0.24λ

位于共面波导线5起始端两侧设置有第一金属地6和第二金属地7，二者与共面波导线5之间的间隙相同，满足共面波导线的设置要求(公知常识)；

其中，第一金属地6呈长方形，沿微波介质板2边缘为长边为L

微波介质板2正下方设置有背腔3，背腔3呈正方体结构，起到反射信号的作用，满足天线定向辐射，并作为天线的整体支撑结构；

背腔3其壁厚为1mm,腔体深度0.22λ

进一步地，背腔内设置有正交放置的第二极化匹配枝节9和第一极化匹配枝节8，其与背腔3一体化构造设置；

其中，第一极化匹配枝节8的截面为矩形，其上端面与微波介质板2的下表面相切，上端面在微波介质2的上表面的投影位与共面波导线5的终端临近且不交叉；

第一极化匹配枝节8的截面为矩形，其上端面与微波介质板2的下表面相切，上端面在微波介质2的上表面的投影位于共面波导线5的终端附近区域，且不交叉；

进一步地，第一极化匹配枝节8的截面矩形长边与共面波导线5的延伸方向垂直，截面矩形的长为0.07λ

进一步地，第二极化匹配枝节9的截面同样为矩形，其紧贴极化匹配块的一端，延伸方向与第一极化匹配枝节8延伸方向垂直，且指向共面波导线的起点所在边缘；其长为0.085λ

进一步地，第二极化匹配枝节9位于第一金属地6的一侧，且与背腔3的内壁不接触；

进一步地，第一极化匹配枝节8与第二极化匹配枝节9在微波介质板2的下表面投影为为倒"L"型；两者共同构成L型极化匹配结构。

第二极化匹配枝节9和第一极化匹配枝节8的配置决定天线辐射电磁波旋向；第二极化匹配枝节9的指向为第一金属地一侧，同样第一极化匹配枝节8延伸方向为第二金属地的一侧；

电磁波的旋向由倒"L"结构构成的左、右手定则(本领域公知常识)来决定，手指弯曲方向指向第二极化匹配枝节9的延伸方向。

射频接插件馈接在共面波导线的起点位置，用于输入、信号，实际加工制造时，在合适位置固定接插件；

一共面波导馈电喇叭天线，主要由三部分组成，其包括辐射喇叭1、微波介质板2和背腔3，其结构紧凑、电磁耦合小，有源驻波低，轮廓低满足数字通信系统对天线部件的结构、电气的技术要求，其技术优势明显。

该喇叭天线工作原理如下：当发射信号进入到共面波导线时，信号在背腔和微波介质板之间产生强烈谐振上，同时共面波导线终端的电流在L型极化匹配结构的微扰作用下产生涡旋电流，该电流能量的一部分电流在辐射喇叭口上借助对角线上的矩形块实现了二次展宽涡旋电流的频率带宽，经由辐射喇叭口辐射到自由空间。