本發(fā)明涉及天線技術領域，特別涉及一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線。

背景技術：

傳統(tǒng)的高增益天線主要包括拋物面反射天線和陣列天線，但由于其自身存在的缺點限制了天線的應用范圍，如拋物面天線體積大，隱蔽性差，安裝困難，天線工作頻率較高時加工精度要求高；陣列天線饋電網(wǎng)絡復雜，加工成本高，傳輸損耗大，效率低。傳統(tǒng)的電掃天線陣具有控制靈活、天線結構和轉動機械要求低、波束掃描快和精度高等優(yōu)勢，得到了廣泛應用。電控掃描可分為改變各個單元相位的相控天線陣和改變陣列饋電頻率的頻掃天線陣。相控天線陣需要移相器改變天線的饋電相位，成本過高，在傳統(tǒng)的低成本的天線通信領域，優(yōu)勢不大。

槽隙波導是近年來提出的一種新的開放式的傳輸線結構，與傳統(tǒng)的矩形波導傳輸線相比，加工精度大大降低；與基片集成波導傳輸線相比，其為全金屬結構，無須介質(zhì)，因此傳輸損耗很小，在高頻天線的設計中，具有巨大的潛在優(yōu)勢。目前，對于槽隙波導傳輸線的研究逐步深入，在高頻天線的設計中得到越來越多的關注。

漏波天線在寬帶無線通信、調(diào)頻掃描雷達、方向圖合成等方面得到越來越多的應用。漏波天線屬于行波天線的一種，通過周期性的加載天線單元，可以較為容易的設計各種高增益天線，且電磁波沿饋線傳播時，通過天線單元不斷輻射，使天線具有一定的掃描能力。目前漏波天線可以由波導、超材料、基片集成波導等技術實現(xiàn)，工作帶寬16.3％(9ghz-10.6ghz)，且當頻率大于11.5ghz，天線輻射效率小于50％，但均存在體積大、帶寬窄、加工成本高、損耗大等缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，為解決對現(xiàn)有的波導漏波天線存在上述問題，本發(fā)明提供了一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線，其包括：饋源和槽隙波導傳輸線結構；所述槽隙波導傳輸線結構為上下層結構，且進一步包括：上層金屬板，下層金屬板和若干方形探針；該上層金屬板位于該下層金屬板之上，在該下層金屬板的中間位置設有一槽隙，該饋源分別位于該槽隙的兩端，在該槽隙的兩側等間距分布若干該方形探針，且其中一側的該方形探針的數(shù)量大于另一側的該方形探針的數(shù)量，電磁波通過該方形探針的上表面與該上層金屬板的下表面之間的縫隙進行輻射。

所述饋源為x波段標準矩形波導端口。

所述槽隙的寬度是從一端向另一端逐漸變小，且寬度較大的一端為饋電端，寬度較小的一端為吸收端。

該方形探針的上表面為人造磁導體表面，特定頻段的電磁波不能沿其表面?zhèn)鞑?，可以防止電磁波的泄漏。該方形探針的高度從該饋電端向該吸收端逐步變小，且?shù)量較小的該方形探針的一側為輻射側，數(shù)量較大的該方形探針的一側為非輻射側。

該輻射側的該方形探針的高度均比該非輻射側的該方形探針的高度小1mm。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：在該槽隙波導漏波天線的左、右兩端設計不同的阻帶范圍，拓展了天線的工作帶寬，提高了天線的輻射效率。天線帶寬為9ghz-12.5ghz，輻射效率大于90％，平均增益為18db，掃描范圍為22°。該天線天線為全金屬結構，無須介質(zhì)，因而沒有介質(zhì)損耗；饋源采用x波段標準矩形波導，進一步簡化了天線設計。該天線結構簡單，成本低，易于工程實現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線的結構示意圖

圖2是本發(fā)明的一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線的下層金屬板的俯視圖

圖3是本發(fā)明的一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線的平面二維周期性結構色散表的線圖

圖4是本發(fā)明的一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線的饋源端平面一維周期性結構色散表的線圖

圖5是本發(fā)明的一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線的吸收端平面一維周期性結構色散表的線圖

圖6是本發(fā)明的一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線的輻射方向的線圖

圖7是本發(fā)明的一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線的增益和副瓣電平的線圖

圖8是本發(fā)明的一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線的輻射效率和方向性的線圖

圖9是本發(fā)明的一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線的散射參數(shù)回波損耗的線圖

圖10是本發(fā)明的一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線的散射參數(shù)正向傳輸系數(shù)的線圖

1、上層金屬板2、下層金屬板

3、方形探針4、槽隙

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

如圖1和2所示，本發(fā)明提供了一種基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線，天線帶寬為9ghz-12.5ghz，輻射效率大于90％，平均增益為18db，掃描范圍為22°；該基于阻帶設計技術的槽隙波導漏波天線包括：饋源和槽隙波導傳輸線結構；所述槽隙波導傳輸線結構為上下層結構，且進一步包括：上層金屬板1，下層金屬板2和若干方形探針3；該上層金屬板1位于該下層金屬板2之上，在該下層金屬板2的中間位置設有一槽隙4，該饋源分別位于該槽隙4的左、右兩端，在該槽隙4的上、下兩側等間距分布若干該方形探針3，且上側的該方形探針3分布三排等間距分布若干該方形探針3，在下側鋪設一排等間距分布的該方形探針3；其中，上側該方形探針3的數(shù)量大于下側的該方形探針3的數(shù)量，電磁波通過該方形探針3的上表面與該上層金屬板2的下表面之間的縫隙進行輻射。

所述饋源為x波段標準矩形波導端口。

如圖2所示，所述槽隙4的寬度是從左端向右端逐漸變小，且寬度較大的左端為饋電端，寬度較小的右端為吸收端。

該方形探針3的上表面為人造磁導體表面，特定頻段的電磁波不能沿其表面?zhèn)鞑?，可以防止電磁波的泄漏。在每一排呈等間距分布的該方形探針3中，該方形探針3的高度均是從該饋電端向該吸收端逐步變小，且等間距分布的該方形探針3的上側為輻射側，等間距分布的該方形探針3的下側為非輻射側。

該輻射側的該方形探針3的高度均比該非輻射側的該方形探針3的高度小1mm。

如圖3所示，為槽隙波導傳輸線結構平面二維周期性結構色散表,其色散表獲得條件如下：假定在無限大的二維平面內(nèi)，探針周期性排列，然后研究電磁場的分布狀況。不同的模式表示電磁波在波導中分布不同，在阻帶范圍內(nèi)不存在模式，表明阻帶頻段內(nèi)電磁波不能傳播。從圖3可以看出，在阻帶范圍為7.3ghz-13.7ghz時，電磁波并不會沿三排方形柱非脊線方向傳播，即非輻射側方向傳播，不會引起電磁波的泄露問題。

如圖4所示，為槽隙波導傳輸線結構饋源端平面一維周期性結構色散表，其色散表獲得條件如下：假定在一維平面內(nèi)，探針沿脊線方向周期性排列，然后研究電磁場的分布狀況。不同的模式表示電磁波在波導中分布不同，在阻帶范圍內(nèi)存在單一模式，表明此頻段內(nèi)電磁波單模傳輸。通過設計槽隙波導傳輸線前端平面一維周期性結構色散表，得到不同的阻帶范圍，在頻率范圍為0.2ghz-19.4ghz的電磁波均得到衰減，從而提高天線的輻射效率。通過圖4可以看出，在阻帶范圍為8.5ghz-13.7ghz時，電磁波的頻率靠近或大于阻帶下邊頻8.5ghz時，能夠得到更好的輻射，即9ghz-11.7ghz；當電磁波的頻率較大，例如大于11.7ghz時，電磁波輻射性能變差，因此需要重新設計一維色散結構。

如圖5所示，為槽隙波導傳輸線結構吸收端平面一維周期性結構色散表，其色散表獲得條件如下：假定在一維平面內(nèi)，探針沿脊線方向周期性排列，然后研究電磁場的分布狀況。不同的模式表示電磁波在波導中分布不同，在阻帶范圍內(nèi)存在單一模式，表明此頻段內(nèi)電磁波單模傳輸。通過圖5可以看出，在阻帶范圍為11.7ghz-13.45ghz時，電磁波頻率在靠近或大于阻帶下邊頻11.7ghz時，電磁波能夠更好的輻射，即11.7ghz-12.5ghz；綜合起來.，9ghz-12.5ghz的電場波均能夠得到很好的輻射。

電磁波沿槽隙波導傳輸線結構傳播，在該輻射側不斷輻射電磁波，再通過槽隙波導傳輸線一維色散結構，使不同頻率的電磁波得到大幅度的衰減，從而大大提高天線的輻射效率，并拓展了天線帶寬。采用槽隙波導傳輸線祖代設計技術提高其輻射效率和工作帶寬。如圖6所示，當頻率為9ghz時，天線主波束指向為32°；當頻率為11.5ghz時，天線主波束指向為47°；當頻率為12.5ghz時，天線主波束指向為54°；即該天線帶寬為32.6％(9ghz-12.5ghz)；根據(jù)公式：帶寬＝2x(上邊頻-下邊頻)/(上邊頻+下邊頻)計算，即2x(12.5-9)/(12.5+9)＝32.6％；天線掃描范圍為22°。

如圖7所示，天線平均增益為18db，天線副瓣電平小于-14db，表明天線性能較好。

如圖8所示，天線輻射效率在整個頻率范圍9ghz-12.5gh內(nèi)大于90％，且方向性系數(shù)較高。

如圖9所示，為本發(fā)明的散射參數(shù)回波損耗圖，回波損耗越小，表明饋電端口反射功率越小，天線輻射性能越好；天線工作頻段為9ghz-12.5ghz，是根據(jù)回波損耗決定的。

如圖10所示，為本發(fā)明的散射參數(shù)正向傳輸系數(shù)圖，正向傳輸系數(shù)越小，表明吸收端口吸收功率越小，天線輻射性能越好；

最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。