徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波通信領(lǐng)域，更具體涉及一種單一饋電的徑向線波導(dǎo)激勵(lì)介質(zhì)諧振 天線陣列。
【背景技術(shù)】
[0002] 介質(zhì)諧振天線具有高輻射效率、低損耗、體積小和設(shè)計(jì)自由度大等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣 泛的研宄并應(yīng)用到實(shí)際工作中。目前，介質(zhì)諧振器組成的天線陣的饋電方式有探針耦合矩 形波導(dǎo)內(nèi)的能量饋電、基片集成波導(dǎo)上開(kāi)縫饋電、從介質(zhì)波導(dǎo)上耦合能量和微帶貼片耦合 饋電等。其中，探針耦合饋電方式每個(gè)陣列單元需要一個(gè)探針，且需要調(diào)節(jié)每個(gè)探針深入波 導(dǎo)的距離以調(diào)整耦合度；基片集成波導(dǎo)開(kāi)縫饋電和從介質(zhì)波導(dǎo)耦合能量的饋電方式均主要 工作于高頻情況，低頻沒(méi)有較大優(yōu)勢(shì)。當(dāng)陣元數(shù)較多高增益工作時(shí)，采用微帶貼片耦合饋電 方式，會(huì)由于微帶線的增加而造成饋電上的損耗。
[0003] 目前常用的微波通信高增益天線為喇叭天線、微帶天線陣列、反射陣天線和徑向 線天線，其中喇叭天線和反射陣天線尺寸很大且易受環(huán)境影響，微帶天線陣列作為高增益 天線應(yīng)用時(shí)饋電損耗和介質(zhì)損耗比較嚴(yán)重，導(dǎo)致天線效率降低。徑向線天線作為高增益天 線得到了廣泛的研宄，研宄的主要方向是優(yōu)化口徑上縫隙的分布和縫隙長(zhǎng)度以增強(qiáng)天線的 效率，使用其他類型天線加載徑向線天線從而優(yōu)化輻射增益、口徑效率和輻射效率的研宄 較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種高增益的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列。
[0005] 基于上述目的本發(fā)明提供的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，包括表面開(kāi)縫徑向線 波導(dǎo)、饋電探針、介質(zhì)諧振天線陣列。
[0006] 表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)包括上層開(kāi)縫金屬板、下層金屬底板及中間的空氣層，表面 開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)整體呈圓柱形結(jié)構(gòu)，其高度小于二分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)。所述上層開(kāi)縫金屬板 的上表面開(kāi)有一系列縫隙，下層金屬底板的中心處設(shè)有一通孔。饋電探針包括金屬棒及與 金屬棒連接的無(wú)線電天線接頭，饋電探針位于表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)的軸心位置，無(wú)線電天 線接頭一端伸出表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)外部，金屬棒一端自所述下層金屬底板中心的通孔深 入表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)內(nèi)部。介質(zhì)諧振天線陣列包括多個(gè)單元介質(zhì)諧振器、位于上層開(kāi)縫 金屬板的正上方。介質(zhì)諧振天線陣列由所述饋電探針通過(guò)開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)饋電。
[0007] 在一些實(shí)施方式中，所述介質(zhì)諧振天線陣列的排列方式與上層開(kāi)縫金屬板表面縫 隙的排列方式相同。
[0008] 在一些實(shí)施方式中，調(diào)整所述介質(zhì)諧振天線陣列單元及所述上層開(kāi)縫金屬板縫隙 的排列方式，徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列輻射線極化或圓極化電磁波。
[0009] 在一些實(shí)施方式中，表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)還包括波導(dǎo)側(cè)壁，波導(dǎo)側(cè)壁為圓柱面金 屬板結(jié)構(gòu)，與上層開(kāi)縫金屬板及下層金屬底板構(gòu)成一個(gè)圓柱形波導(dǎo)。
[0010] 在一些實(shí)施方式中，表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)還包括介質(zhì)層，介質(zhì)層由圓柱狀的低介 電常數(shù)的介電材料構(gòu)成，填充于表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)以及介質(zhì)諧振天線陣列的空隙。
[0011] 在一些實(shí)施方式中，上層開(kāi)縫金屬板靠近側(cè)壁的縫隙（或縫隙單元）距離表面徑 向線波導(dǎo)的圓柱面或側(cè)壁四分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)。
[0012] 在一些實(shí)施方式中，所述表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)的上層開(kāi)縫金屬板的縫隙按照多圈 環(huán)形方式排列，就每一圈而言，縫隙長(zhǎng)邊的傾角以相同的速率按次序逐個(gè)增大或減小，BP: 一圈中，令某一縫隙的傾角為0，則與該縫隙相鄰的一對(duì)縫隙的傾角為0 ±a，與該對(duì)縫 隙相鄰的下一對(duì)縫隙的傾角為0 ±2a，依次類推；且所述a值與該圈縫隙的數(shù)量成反比。
[0013] 在一些實(shí)施方式中，介質(zhì)諧振天線陣列為二維平面陣列或三維立體陣列；所述介 質(zhì)諧振天線陣列的陣列單元可采用單一介質(zhì)諧振器或者多個(gè)介質(zhì)諧振器堆疊或組合構(gòu)成， 所述介質(zhì)諧振器可為立體矩形、圓柱形或其他形狀。
[0014] 在一些實(shí)施方式中，介質(zhì)諧振天線陣列的單元介質(zhì)諧振器，可根據(jù)需要選用適合 介電常數(shù)的介電材料。
[0015] 在一些實(shí)施方式中，饋電探針為圓柱狀、圓錐狀或其他形狀。
[0016] 從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列采用單一饋電 徑向線波導(dǎo)的方式整個(gè)激勵(lì)介質(zhì)諧振天線陣列，解決了陣列天線多饋電端的構(gòu)造復(fù)雜的問(wèn) 題，并獲得了高增益、高口徑效率。通過(guò)調(diào)整縫隙以及介質(zhì)諧振天線陣列的排列方式，即可 獲得線極化或者圓極化的天線性能。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明提供的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列實(shí)施例的主視剖面圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明提供的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列實(shí)施例1的單元介質(zhì)諧振器的 線極化排列方式示意圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明提供的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列實(shí)施例2的單元介質(zhì)諧振器的 圓極化排列方式示意圖；
[0020] 圖4本發(fā)明提供的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列實(shí)施例的介質(zhì)諧振器單元與其 饋電縫隙的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖5為本發(fā)明提供的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列實(shí)施例1的介質(zhì)諧振天線陣列 單元的排列結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖6a為本發(fā)明實(shí)施例1的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列在5GHz工作頻率上三維 球坐標(biāo)中供=CT面上0從-180°至180°的主極化和交叉極化場(chǎng)分量的歸一化輻射方向 圖；
[0023] 圖6b為本發(fā)明實(shí)施例1的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列的5GHz工作頻率上三維 球坐標(biāo)中供= 90°面上0從-180°至18〇°的主極化場(chǎng)分量和交叉極化場(chǎng)分量的歸一化輻 射方向圖；
[0024] 圖7為本發(fā)明提供的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列實(shí)施例2的介質(zhì)諧振天線陣列 單元的排列結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0026] 如圖1及圖2所示，所述的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，包括表面開(kāi)縫徑向線波 導(dǎo)1、饋電探針2、介質(zhì)諧振天線陣列3及介質(zhì)層4。
[0027] 表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)1包括上層開(kāi)縫金屬板la、下層金屬底板Ib及波導(dǎo)側(cè)壁lc。 表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)1整體呈圓柱形結(jié)構(gòu)，其高度小于二分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)。上層開(kāi)縫金屬 板Ia的上表面開(kāi)有一系列縫隙，介質(zhì)諧振天線陣列3位于上層開(kāi)縫金屬板Ia的正上方。 介質(zhì)諧振天線陣列3由若干個(gè)單元介質(zhì)諧振器組成，每個(gè)縫隙正上方布置有一個(gè)介質(zhì)諧振 器，因此單元介質(zhì)諧振器的排列方式與上層開(kāi)封金屬板Ia的縫隙排列方式相同，其排列方 式可參見(jiàn)圖2及圖3。
[0028] 饋電探針2包括金屬棒2a及與金屬棒2a連接的無(wú)線電天線接頭2b。饋電探針2 位于表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)1的軸心位置，下層金屬底板Ib的中心處設(shè)有一通孔，無(wú)線電天 線接頭2b-端自所述下層金屬底板Ib中心的通孔伸出表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)1外部與饋電 同軸電纜相連；金屬棒2a深入表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)1激勵(lì)波導(dǎo)。
[0029] 介質(zhì)層4由圓柱狀的低介電常數(shù)的介電材料構(gòu)成，填充于表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)1 以及介質(zhì)諧振天線陣列3的空隙。介質(zhì)諧振天線陣列3由所述饋電探針2通過(guò)表面開(kāi)縫徑 向線波導(dǎo)1饋電。
[0030] 饋電探針2連接無(wú)線電天線接頭2b，電磁能量由同軸模式轉(zhuǎn)換為徑向傳播模 式。由于表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)1的高度小于半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)，波導(dǎo)1中傳播的電磁波為 TEM(transverseelectromagneticmode，橫向電磁波模式）模式，TEM模式的電磁波在徑 向傳播方向上既無(wú)電場(chǎng)分量也無(wú)磁場(chǎng)分量，從而使得波導(dǎo)內(nèi)電流的傳播沿著波導(dǎo)半徑的方 向。表面開(kāi)縫徑向線波導(dǎo)1的上層開(kāi)縫金屬板Ia開(kāi)縫激勵(lì)單元介質(zhì)諧振器的簡(jiǎn)要原理是： 通過(guò)在金屬板上開(kāi)縫，擾動(dòng)沿著波導(dǎo)上層金屬板傳播的電流，使波導(dǎo)內(nèi)的能量流出波導(dǎo)，從 而激勵(lì)介質(zhì)諧振天線陣列3。饋電探針2、側(cè)壁lc、下層金屬板Ib與上層開(kāi)縫金屬板Ia共 同構(gòu)成激勵(lì)介質(zhì)諧振天線陣列的饋源。通過(guò)上述饋源耦合能量到介質(zhì)諧振天線陣列3,再通 過(guò)單元介質(zhì)諧振器排列方式的變化，使陣列輻射線極化（線極化或者圓極化都是天線的極 化方式，描述的是沿著天線電磁波傳播方向向天線看去，電場(chǎng)矢量端點(diǎn)所走的路徑，線極化 的電場(chǎng)矢量端點(diǎn)沿著一條垂直于傳播方向的面上的直