一種採用雙拋物柱面饋電的寬帶毫米波波導縫隙天線的製作方法

2023-06-21 11:22:01

本發明屬於天線技術領域，具體涉及一種採用雙拋物柱面饋電的寬帶毫米波波導縫隙天線。

背景技術：

隨著微波技術的不斷突破，其應用逐漸向多元化及更高頻段發展，一個顯著的變化是向毫米波及太赫茲頻段發展，並且逐步得到應用，作為毫米波系統的關鍵部件天線，面臨著新的挑戰和技術難度。其主要體現在：1、在毫米波頻段，導體損耗和介質損耗比低頻要大得多，如在低頻常用的微帶天線，由於饋線的損耗很嚴重，微帶天線很難組成較大的陣列，整個天線的效率也不高。那麼，如何設計出高輻射效率的毫米波天線成為一個難題；2、低輪廓天線的要求，現在很多應用領域，無論是雷達還是通信，都希望天線尺寸小而且高度低。原來高效的反射面天線無法滿足要求；3、寬帶天線的要求，在毫米波頻段，各種應用都是寬帶系統，需要天線也具有較高的相對帶寬，而波導縫隙天線常用的縫隙耦合饋電帶寬較窄，難以滿足要求，功分饋電雖然帶寬較寬，但結構複雜、設計難度大。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的設計難點和要求，本發明提供一種採用雙拋物柱面饋電的寬帶毫米波波導縫隙天線，拓寬了饋電寬度，簡化了饋電網絡，提高了輻射效率。

為達到以上目的，本發明採用的技術方案是：提供一種採用雙拋物柱面饋電的寬帶毫米波波導縫隙天線，包括輻射層及設置在輻射層下面的饋電網絡層，所述輻射層由上下兩塊金屬板及設置在上下兩塊金屬板兩側之間的金屬拋物柱面構成，上下兩塊金屬板之間設置多個金屬面從而分割成多個矩形波導，每個波導上開有輻射縫；饋電網絡層由上下兩塊金屬板及設置在上下兩塊金屬板兩側之間的金屬拋物柱面構成，上下兩塊金屬板之間設有饋電網絡。

進一步，所述饋電網絡包括饋電波導及設置在饋電波導兩側的H面喇叭，兩個H面喇叭通過T型功分器與饋電波導相連接。

進一步，輻射層的下金屬板與其兩側金屬拋物柱面之間以及饋電網絡層的上金屬板與其兩側金屬拋物柱面之間均設有將下面饋電網絡層的電磁能量耦合到輻射層的縫隙。

進一步，每個波導上沿縱軸開設多個輻射縫，每個輻射縫為矩形縫隙。

進一步，多個輻射縫分別位于波導中心線的兩邊，交錯布置，且縱向相鄰兩個輻射縫之間相距半個波導波長。

進一步，輻射層的兩個金屬拋物柱面的焦距相差1/4個波長，以滿足電磁能量分別通過金屬拋物柱面反射後耦合到每個輻射單元相位必須相同的要求。

進一步，兩個H面喇叭的輻射口面分別位於兩個金屬拋物柱面的焦點處。

進一步，輻射層的兩個金屬拋物柱面和饋電網絡層的兩個金屬拋物柱面分別相連,且相連的金屬拋物柱面焦距相等。

本發明的有益技術效果在於：

(1)本發明採用雙拋物柱面饋電的天線，簡化了饋電網絡，降低了成本；拓寬了饋電寬帶，提高輻射效率；

(2)結構簡單，使用方便，且在整個頻帶內，波束沒有傾斜；

(3)可應用到毫米波雷達領域。

附圖說明

圖1是本發明天線的結構示意圖；

圖2是輻射層的結構示意圖；

圖3是饋電網絡層的結構示意圖；

圖4是回波損耗圖；

圖5是天線輻射效率圖；

圖6是天線方向圖。

圖中：

1、4-上金屬板 2、3-下金屬板 5-饋電波導 21、22、41、42-金屬拋物柱面 23、29-輻射縫 24、25、26-金屬面 27、28、43、44-縫隙 51、52-H面喇叭

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的具體實施方式作進一步詳細的描述。

如圖1所示，是本發明提供的採用雙拋物柱面饋電的寬帶毫米波波導縫隙天線，該天線包括上下兩層，上層為輻射層，下層為饋電網絡層。

如圖2所示，是本發明的輻射層，該輻射層由上金屬板1、下金屬板2以及設置在上金屬板1和下金屬板2兩側之間的金屬拋物柱面21和金屬拋物柱面22組成。上金屬板1與下金屬板2之間放置多個金屬面24、25、26，多個金屬面將輻射層分割成多個矩形波導，每個波導上沿縱軸開設矩形輻射縫23、29，輻射縫23與輻射縫29分別位于波導中心線的兩邊，交錯布置，且縱向相鄰兩個輻射縫之間相距半個波導波長。為了提高輻射效率，每個波導上設置多個輻射縫，從而組成輻射陣列天線。另外，在下金屬板2與兩側金屬拋物柱面21、22之間有縫隙27、28，此縫隙能夠把下面饋電網絡層的電磁能量耦合到輻射層。

如圖3所示，是本發明的饋電網絡層，該饋電網絡層由下金屬板3、上金屬板4以及設置在下金屬板3、上金屬板4兩側的金屬拋物柱面41、金屬拋物柱面42組成。下金屬板3與上金屬板4之間設有饋電網絡，該饋電網絡包括饋電波導5、設置在饋電波導5兩側的H面喇叭51、52，兩個H面喇叭51結構尺寸完全相同，可通過一個T型功分器與饋電波導5相連。

其中，H面喇叭51的輻射口面位於金屬拋物柱面41的焦點處，H面喇叭52的輻射口面位於金屬拋物柱面42的焦點處，這兩個金屬拋物柱面的作用是把H面喇叭輻射的球面波變成平面波。金屬拋物柱面51、52的焦距相差1/4個波長，以滿足電磁能量分別通過金屬拋物柱面反射後耦合到每個輻射單元相位必須相同的要求。上金屬板4與金屬拋物柱面41、42之間有縫隙43、44，此縫隙可以把下面饋電網絡層的電磁能量耦合到輻射層。

另外，金屬拋物柱面21與金屬拋物柱面41相連，並且焦距相等，金屬拋物柱面22與金屬拋物柱面42相連，並且焦距相等。輻射層的下金屬板2與饋電網絡層的上金屬板4相連。

本發明雙拋物柱面饋電的寬帶毫米波波導縫隙天線的工作過程如下：饋入的電磁能量通過T型功分器分別激勵兩個H面喇叭51、52向兩邊輻射，輻射的電磁波經金屬拋物柱面41、42反射再經過金屬拋物柱面41、42和饋電網絡層上金屬板4之間的縫隙耦合到輻射層，最後通過輻射層的矩形縫隙輻射。

下面以ka波段的波導縫隙天線為例進行說明：

如圖4所示，回波損耗，以-13dB的回波損耗為參考點，覆蓋23.6GHz-25.6GHz，帶寬2GHz。由此說明，本發明的天線，帶寬寬。

如圖5所示，為輻射效率，整個帶寬內輻射效率都大於70％，最高可達84％。由此說明，本發明的天線，輻射效率高。

如圖6所示，為中心頻率歸一後的方向圖。其中實線為H面方向圖，其第一副瓣電平值低於17dB，虛線為E面方向圖,其第一副瓣電平值低於18dB。

本發明採用雙拋物柱面饋電的寬帶毫米波波導縫隙天線並不限於上述具體實施方式，本領域技術人員據本發明的技術方案得出其他的實施方式，同樣屬於本發明的技術創新範圍。