線變化，圓極化的電場矢量端點沿著 一個垂直于傳播方向的面上的圓變化）或圓極化的高增益電磁波。
[0031] 圖4為介質(zhì)諧振器單元與其饋電縫隙的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中縫隙和介質(zhì)諧振器均平 行于X軸：上層開縫金屬板Ia上有沿著徑向的電流（圖4中電流沿著Y軸方向），縫隙通過 切斷流過的電流從而在縫隙的窄邊（即沿著Y軸的短邊）產(chǎn)生電場，而在縫隙的寬邊（即 沿著X軸的長邊）產(chǎn)生磁場，電場和磁場可以用等效電流元（沿縫隙窄邊）和等效磁流元 (沿縫隙寬邊）來代替，又由于縫隙寬度相較于縫隙長度和工作波長較小，所以等效電流元 可忽略不計，只考慮等效磁流元的作用，則縫隙等效為一個沿著X軸方向的磁流。介質(zhì)諧振 器位于縫隙正上方，受到下方縫隙即磁流的作用，在介質(zhì)諧振器內(nèi)部激勵起磁場，從而向自 由空間輻射電磁波。雖然縫隙本身也是可以輻射的，但是縫隙作為磁流元輻射時其長度是 二分之一的波長，而采用縫隙耦合介質(zhì)諧振器的結(jié)構(gòu)，其長度為二分之一波導(dǎo)波長除以介 質(zhì)諧振器介電常數(shù)的開方，縮減了單元尺寸。除此之外，通過選擇介質(zhì)諧振器的尺寸可以改 變其內(nèi)部電磁場模式，輻射不同模式的電磁波，自由度更大。
[0032] 實施例1
[0033] 圖2示出了徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列輻射線極化電磁波的一種排列方案。由 于介質(zhì)諧振器天線陣列的排列方式與上層開封金屬板的縫隙排列方式相同，這里僅描述介 質(zhì)諧振天線陣列的排列方式。
[0034] 可以看出，圖2中介質(zhì)諧振天線陣列的陣列單元按照多圈方式排列（圖中為4 圈），每圈包括若干個陣列單元，在徑向上，每圈陣列單元之間間隔一個波導(dǎo)波長，靠近邊緣 的一圈陣列單元距表面開縫徑向線波導(dǎo)的側(cè)壁四分之一個波導(dǎo)波長。每一圈中，每個陣列 單元又由兩個相互垂直的立體矩形介質(zhì)諧振器組成，分別設(shè)為A介質(zhì)諧振器及B介質(zhì)諧振 器，A介質(zhì)諧振器與B介質(zhì)諧振器相距半個波導(dǎo)波長且各自成圈排列，無論對于A介質(zhì)諧振 器還是B介質(zhì)諧振器而言，他們各自在圈內(nèi)的排列方式也呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，即每個介質(zhì) 諧振器長邊的傾角以相同的速率按次序逐個增大或減?。嚎疾煸撊?nèi)A介質(zhì)諧振器長邊的 傾角，若令某一介質(zhì)諧振器A的傾角為0，則相鄰一對介質(zhì)諧振器A的傾角為0 ±a，下一 組相鄰的介質(zhì)諧振器A的傾角為0 ±2a，之后分別為0 ±3a、0 ±4a、0 ±5a……，以 此類推。且a值的大小與該圈內(nèi)介質(zhì)諧振器A的數(shù)量成反比。B介質(zhì)諧振器的排列方式遵 從相同的規(guī)律。
[0035] 下面對該介質(zhì)諧振天線陣列的線極化排列方案進(jìn)行推導(dǎo)和驗證。
[0036] 如圖5所示，介質(zhì)諧振天線陣列位于XOY平面上，其中一對介質(zhì)諧振器位于與X軸 呈角度P的軸線上，分別距圓心的距離為。:與P2，與軸線的夾角分別為巾:與巾2。波導(dǎo) 表面開縫耦合入介質(zhì)諧振器的能量與波導(dǎo)內(nèi)部的場和介質(zhì)諧振器與徑向的夾角巾有關(guān)， 可以表示為式（1):
[0037] C=e_jkPsin(<})) (I)
[0038] k= 2JT/ 入 （2)
[0039] 其中，C為介質(zhì)諧振器耦合的能量，k為波數(shù)，P為介質(zhì)諧振器距圓心的距離，入g 為波導(dǎo)波長。設(shè)以X軸方向為主極化（線極化電場分量始終沿著與電磁波傳播方向相垂直 的面內(nèi)的一個方向，該方向即為主極化方向，若天線電磁波傳播方向為Z軸方向，電場分量 始終沿著X軸方向，則X軸方向為主極化方向），Y軸方向為交叉極化（天線的交叉極化電 場分量為線極化方式工作天線中，在與天線電磁波傳播方向相垂直的面內(nèi)，與主極化場分 量相垂直的方向上的電場分量，按上述主極化方向設(shè)定，則Y軸方向為交叉極化方向），則 單獨一個介質(zhì)諧振器沿著主極化方向的輻射場為式（3)，沿著交叉極化方向的輻射場為式 (4)：
【主權(quán)項】
1. 一種徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，其特征在于，包括表面開縫徑向線波導(dǎo)（1)、饋 電探針（2)、介質(zhì)諧振天線陣列（3); 表面開縫徑向線波導(dǎo)（1)包括上層開縫金屬板（la)、下層金屬底板（化）及中間的空 氣層，表面開縫徑向線波導(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，所述上 層開縫金屬板（la)的上表面開有一系列縫隙，下層金屬底板（化）的中屯、處設(shè)有一通孔，饋 電探針?biāo)瓢ń饘俅唬?a)及與金屬椿（2a)連接的無線電天線接頭姊），饋電探針（2) 位于表面開縫徑向線波導(dǎo)（1)的軸屯、位置，無線電天線接頭（2b) -端自所述下層金屬底板 (化）中屯、的通孔伸出表面開縫徑向線波導(dǎo)（1)外部，金屬椿（2a) -端深入表面開縫徑向線 波導(dǎo)（1)內(nèi)部，介質(zhì)諧振天線陣列（3)包括多個單元介質(zhì)諧振器、位于上層開縫金屬板（la) 的正上方；介質(zhì)諧振天線陣列（4)由所述饋電探針（2)通過開縫徑向線波導(dǎo)（1)饋電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，其特征在于，介質(zhì)諧振天線 陣列（3)的排列方式與上層開縫金屬板（la)表面縫隙的排列方式相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，其特征在于，調(diào)整所述介 質(zhì)諧振天線陣列單元及所述上層開縫金屬板（la)上縫隙的排列方式，徑向線饋電介質(zhì)諧 振天線陣列福射線極化或圓極化電磁波。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3任意一項所述的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，其特征在于，表面 開縫徑向線波導(dǎo)（1)還包括波導(dǎo)側(cè)壁（Ic)，波導(dǎo)側(cè)壁Ic為圓柱面金屬板結(jié)構(gòu)，與上層開縫 金屬板（la)及下層金屬底板（化）構(gòu)成一個圓柱形波導(dǎo)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3任意一項所述的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，其特征在于，表面 開縫徑向線波導(dǎo)（1)還包括介質(zhì)層（4)，介質(zhì)層（4)由圓柱狀的低介電常數(shù)的介電材料構(gòu) 成，填充于表面開縫徑向線波導(dǎo)（1) W及介質(zhì)諧振天線陣列（3)的空隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，其特征在于，上層開縫金屬 板（la)靠近側(cè)壁（Ic)的縫隙（或縫隙單元）距離表面徑向線波導(dǎo)（1)的圓柱面或側(cè)壁 (Ic)四分之一波導(dǎo)波長。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，其特征在于，所述表面開縫 徑向線波導(dǎo)（1)的上層開縫金屬板（la)的縫隙按照多圈環(huán)形方式排列，就每一圈而言， 縫隙長邊的傾角W相同的速率按次序逐個增大或減小，即；一圈中，令某一縫隙的傾角為 0，則與該縫隙相鄰的一對縫隙的傾角為0 ± a，與該對縫隙相鄰的下一對縫隙的傾角為 0 ±2 a，依次類推；且所述a值與該圈縫隙的數(shù)量成反比。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，其特征在于，介質(zhì)諧振天線 陣列（3)為二維平面陣列或S維立體陣列；所述介質(zhì)諧振天線陣列（3)的陣列單元可采用 單一介質(zhì)諧振器或者多個介質(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。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，其特征在于，介質(zhì)諧振天線 陣列（3)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。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，其特征在于，饋電探針（2) 為圓柱狀、圓錐狀或其他形狀。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種徑向線饋電介質(zhì)諧振天線陣列，包括表面開縫徑向線波導(dǎo)(1)、饋電探針(2)、介質(zhì)諧振天線陣列(3)；表面開縫徑向線波導(dǎo)(1)包括上層開縫金屬板(1a)和下層金屬底板(1b)，饋電探針(2)包括金屬棒(2a)及與金屬棒(2a)連接的無線電天線接頭(2b)，饋電探針(2)位于表面開縫徑向線波導(dǎo)(1)的軸心位置，無線電天線接頭(2b)一端伸出表面開縫徑向線波導(dǎo)(1)外部，介質(zhì)諧振天線陣列(3)位于上層開縫金屬板(1a)的正上方，介質(zhì)諧振天線陣列(3)包括多個單元介質(zhì)諧振器。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方式實現(xiàn)線極化或圓極化電磁波輻射，構(gòu)造簡單并獲得了高增益及高口徑效率。
【IPC分類】H01Q21-24, H01Q13-10, H01Q21-00, H01Q1-36
【公開號】CN104600419
【申請?zhí)枴緾N201510004054
【發(fā)明人】劉元安, 蘇明, 原琳, 黎淑蘭, 于翠屏, 吳永樂, 王衛(wèi)民
【申請人】北京郵電大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月5日