本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及天線技術(shù)，特別涉及一維雙極化多波束空饋天線。

背景技術(shù)：

通過在圓柱形介質(zhì)透鏡上加載多饋源，可實(shí)現(xiàn)增益一致性高，角度覆蓋寬的多波束天線?；诙嗖ㄊ橘|(zhì)透鏡天線的優(yōu)越性能，其常被用于雷達(dá)探測(cè)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信中。由于低剖面圓柱形介質(zhì)透鏡的上下表面均等效為磁壁，垂直極化的電磁波無(wú)法在透鏡中傳播，介質(zhì)透鏡天線一般僅能輻射水平極化的電磁波。此外，由于互耦過強(qiáng)，低剖面圓柱形介質(zhì)透鏡無(wú)法沿縱向組陣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有傳統(tǒng)介質(zhì)透鏡增益一致性高，角度覆蓋寬的特性，同時(shí)還能夠沿縱向組陣，產(chǎn)生雙極化電磁波的低剖面多波束空饋天線。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一維雙極化多波束空饋天線，包括：

雙層平板波導(dǎo)1，為由側(cè)邊金屬板11、頂層金屬板12、中層金屬板13和底層金屬板14構(gòu)成的雙層半開放結(jié)構(gòu)；所述側(cè)邊金屬板11與頂層金屬板12、中層金屬板13以及底層金屬板14均垂直；所述頂層金屬板12、中層金屬板13和底層金屬板14相互平行；所述中層金屬板13在雙層平板波導(dǎo)1的寬邊開口處具有可以使電磁波極化改變的鋸齒狀結(jié)構(gòu)；

饋源陣2，由兩層構(gòu)成，每一層均為由若干個(gè)等間距或不等間距排布的饋源21構(gòu)成的一維直線陣列；所述饋源21由饋電端口211、探針212和半開放背腔構(gòu)成，其中，上層半開放背腔由兩片金屬隔板213、頂層金屬板12和中層金屬板13構(gòu)成，下層半開放背腔由兩片金屬隔板213、中層金屬板13和底層金屬板14構(gòu)成；所述饋源陣2用于照射所述相移陣列3；

相移陣列3，由兩層構(gòu)成，每一層均為由相移單元31構(gòu)成的一維直線陣列；其中，上層相移單元31位于頂層金屬板12和中層金屬板13之間，下層相移單元31位于中層金屬板13和底層金屬板14之間；所述相移單元31為具有改變特定來(lái)波方向電磁波透射相位功能的透射結(jié)構(gòu)。

所述雙層平板波導(dǎo)1工作在基本模式，即電磁波在雙層平板波導(dǎo)1的任意一層內(nèi)均以tem模式傳播。

所述雙層平板波導(dǎo)1整體剖面的高度，即頂層金屬板12和底層金屬板14之間的間距，不大于天線工作中心頻率的0.7倍波長(zhǎng)，以保證天線沿縱向組陣后不出現(xiàn)明顯的柵瓣。

所述饋源21的饋電端口211將探針212激勵(lì)起單極子工作模式后，探針212再將半開放背腔激勵(lì)起腔體工作模式，探針212與半開放背腔共同輻射出電磁波；所述饋源21輻射出電磁波的極化與探針212平行；所述饋源21僅照射相移陣列3的一部分。

所述相移單元31含有金屬結(jié)構(gòu)，金屬結(jié)構(gòu)的中心部分和頂層金屬板12或底層金屬板14垂直連接。

所述相移單元31需要在天線工作中心頻點(diǎn)處，通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)中的參數(shù)(金屬部分尺寸，介質(zhì)介電常數(shù)等)，在保證高透射幅度(透射幅度大于-3db)的條件下具有寬透射相移范圍(透射相移范圍大于180度)的性能。

所述相移單元31按照鏡像原理將整體高度縮短為原先的0.5倍，即當(dāng)相移單元31與金屬板脫離連接，其鏡像復(fù)制的結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)結(jié)合為一體后的性能與原相移單元31一致。

所述饋源陣2的上層饋源21與下層饋源21經(jīng)過雙層平板波導(dǎo)1后，輻射出的電磁波主極化分別為±45°；從饋源陣2的一端沿另一端依次照射相移陣列3時(shí)，雙極化多波束空饋天線分別輻射出出射方向不同的扇形波束。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的天線具有波束覆蓋角度范圍寬、兩個(gè)極化的極化純度較好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易加工等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，不同饋源被激勵(lì)時(shí)，相移陣列被照射的區(qū)域；其中，圖(a)表示第1個(gè)或第6個(gè)饋源被激勵(lì)，圖(b)表示第3個(gè)或第8個(gè)饋源被激勵(lì)。

圖3表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，不同饋源被激勵(lì)時(shí)，實(shí)施實(shí)例的e面方向圖；其中，圖(a)表示第1個(gè)或第6個(gè)饋源被激勵(lì)，圖(b)表示第3個(gè)或第8個(gè)饋源被激勵(lì)。

圖4表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，不同饋源被激勵(lì)時(shí)，實(shí)施實(shí)例的h面方向圖；其中，圖(a)表示第1個(gè)或第6個(gè)饋源被激勵(lì)，圖(b)表示第2個(gè)或第7個(gè)饋源被激勵(lì)，圖(c)表示第3個(gè)或第8個(gè)饋源被激勵(lì)，圖(d)表示第4個(gè)或第9個(gè)饋源被激勵(lì)，圖(e)表示第5個(gè)或第10個(gè)饋源被激勵(lì).

圖5表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，隨頻率變化時(shí)，不同饋源的反射系數(shù)。

圖6表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，隨頻率變化時(shí)，第1個(gè)饋源與其他饋源的之間的隔離度。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

如圖1所示，本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)方式為：天線由雙層平板波導(dǎo)1、饋源陣2和相移陣列3組成。雙層平板波導(dǎo)1上下兩層高度一致。饋源陣2上下兩層饋源21關(guān)于中層金屬板13對(duì)稱，所有饋源21結(jié)構(gòu)一致。相移陣列3上下兩層相移單元31關(guān)于中層金屬板13對(duì)稱，所有相移單元31結(jié)構(gòu)一致，每一層相移單元31的排布關(guān)于的窄邊中心線即y軸對(duì)稱。

該發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)具體說明如下：

一維雙極化多波束空饋天線中心工作頻率為5.8ghz。具體實(shí)施尺寸如圖1和圖2(a)所示；雙層平板波導(dǎo)1高度h為35mm(約0.68λ)，長(zhǎng)度l為190mm，寬度w為380mm；饋電端口211高度n為2mm，探針212高度m為9mm，探針212位于兩個(gè)金屬隔板213中間，探針212與側(cè)面金屬板11的距離t為12mm；金屬隔板213的長(zhǎng)度b為12mm，相鄰金屬隔板213的距離s為34mm；相移單元31與側(cè)面金屬板11的距離f為133mm，相鄰相移單元31的距離p為20mm；中層金屬板13上鋸齒狀結(jié)構(gòu)為等腰直角三角形，腰長(zhǎng)k為30mm，鋸齒兩端與邊緣間距a為10mm；

根據(jù)以上尺寸設(shè)計(jì)的天線，饋源陣2的每一層饋源21發(fā)射出的電磁波，可以照射到相移陣列3中的大約9個(gè)相移單元31所構(gòu)成的區(qū)域，其中，入射相位從+x到-x軸的分布為-130°，-55°，10°，48°，85°，85°，48°，10°，-55°，-130°；由于相移單元31的排布關(guān)于y軸對(duì)稱，每一層相移陣列3從+x到中心的補(bǔ)償相位分布為-230°，-199°，-158°，-90°，-21°，-275°，-132°，12°，-177°度。

當(dāng)不同饋源31被激勵(lì)時(shí)，相移陣列3被照射的區(qū)域如圖2所示，其中處于被照射區(qū)域的相移單元31為黑色，處于未被照射區(qū)域的相移單元31為灰色；圖(a)表示第1個(gè)或第6個(gè)饋源21被激勵(lì)，相移陣列3被照射區(qū)域主要集中在+x軸部分；圖(b)表示第3個(gè)或第8個(gè)饋源21被激勵(lì)，相移陣列3被照射區(qū)域主要集中在中間部分。

圖3表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，不同饋源21被激勵(lì)時(shí)，實(shí)施實(shí)例的e面方向圖；其中，圖(a)表示第1個(gè)或第6個(gè)饋源21被激勵(lì)，圖(b)表示第3個(gè)或第8個(gè)饋源21被激勵(lì)。當(dāng)邊緣的饋源21被激勵(lì)，e面方向圖的波束寬度較窄，當(dāng)饋源21按照從兩端到中間逐漸被激勵(lì)，e面的方向圖的波束寬度逐漸變寬。

圖4表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，不同饋源21被激勵(lì)時(shí)，實(shí)施實(shí)例的h面方向圖；其中，圖(a)表示第1個(gè)或第6個(gè)饋源21被激勵(lì)，圖(b)表示第2個(gè)或第7個(gè)饋源21被激勵(lì)，圖(c)表示第3個(gè)或第8個(gè)饋源21被激勵(lì)，圖(d)表示第4個(gè)或第9個(gè)饋源21被激勵(lì)，圖(e)表示第5個(gè)或第10個(gè)饋源21被激勵(lì)。所有波束的增益具有較好的一致性，波束覆蓋角度達(dá)到±30°，波束增益最大值處主極化比交叉極化的增益大于10db。

圖5表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，隨頻率變化時(shí)，不同饋源21的反射系數(shù)。在5.4-6.2ghz之間，所有饋源21的反射系數(shù)小于-10db.

圖6表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，隨頻率變化時(shí)，第1個(gè)饋源21與其他饋源21的之間的隔離度。在5.4-6.2ghz之間，所有饋源21的反射系數(shù)小于-13db。

綜上，本發(fā)明提出了一種一維雙極化多波束空饋天線。通過在雙層金屬波導(dǎo)1加入改變極化的中層金屬板13，以及在相移單元31中使用鏡像原理，本發(fā)明成功實(shí)現(xiàn)了極化較為純凈、可縱向組陣的雙線極化多波束天線，同時(shí)天線兼具寬角度覆蓋、增益一致性較好的性能。本發(fā)明在未來(lái)希望應(yīng)用于第五代移動(dòng)通信基站天線。