基于多层结构和透射增强现象的双频高增益波导缝隙天线的制作方法

本实用新型涉及波导天线领域，具体是一种基于多层结构和透射增强现象的双频高增益波导缝隙天线。

背景技术：

目前，光和电磁波在亚波长结构上的透射增强现象已经逐渐得到越来越多学者们的关注，成为新的研究热点。这种现象在光学器件的设计领域得到了广泛的运用，电磁学的研究者们将这种现象逐渐引入到了微波器件的设计中，目前市场上已经有了喇叭天线，孔径耦合天线，波导缝隙天线的应用。

2004年，M. Beruete小组率先将透射增强特性应用于微波波段喇叭天线的设计中。他们在喇叭天线辐射口径的两侧对称地刻蚀凹槽，将透射增强现象引入天线的设计中，建设性的将天线的增益提高了14dB，并将天线半功率波瓣宽度减小至13°。2010年的，Qin Kun将对称刻蚀凹槽应用到孔径耦合天线上面，实现了增益的大幅度提高，通过与传统天线相比较，所设计天线的HPBW减小了100°以上。

2011年，Yohei Miura等人设计了一款多层结构的波导阵列缝隙天线，多层结构的应用，使得天线的带宽和增益大幅度提高。2013年，Huang Guan-Long等人采用多层结构，通过波导馈电，成功在Ku-band频段实现了宽频带高增益的特性。

随着研究的深入，国内外的学者们的研究成果有目共睹，这更加证明了透射增强在微波器件的应用的可能性。为了适应现代通信技术的发展要求，设备不断小型化，双频或多频通信系统集成于一体是发展的方向。

技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种基于多层结构和透射增强现象的双频高增益波导缝隙天线，以结合透射增强特性的波导缝隙天线，实现双频、高增益、窄波束等特性。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

基于多层结构和透射增强现象的双频高增益波导缝隙天线，其特征在于：包括上层辐射模块和下层匹配模块，上层辐射模块和下层匹配模块均为矩形的铝板，其中下层匹配模块中设有矩形凹口，矩形凹口宽度与下层匹配模块宽度一致，矩形凹口中间成型有矩形凸台，矩形凸台宽度与矩形凹口宽度一致，矩形凸台的高度小于矩形凹口的高度，矩形凹口中位于矩形凸台两侧分别成型有阶梯缺陷结构，矩形凸台中成型有矩形凹槽，矩形凹槽四周内壁中间位置分别向矩形凹槽内垂直成型有隔墙，其中左、右侧隔墙位置对称，前、后侧隔墙位置对称，四个隔墙宽度相同但长度不同，矩形凹槽底部位于前、后侧隔墙之间设有耦合孔，耦合孔前后方向的长度接近半波波长，所述耦合孔竖向贯通下层匹配模块，所述上层辐射模块与矩形凸台长宽匹配，上层辐射模块中设有按2×2阵列排布的矩形孔，矩形孔分别竖向贯通上层辐射模块，上层辐射模块盖合在矩形凸台上，且上层辐射模块中的矩形孔可分别与矩形凸台中的矩形凹槽连通。

所述的基于多层结构和透射增强现象的双频高增益波导缝隙天线，其特征在于：每侧的阶梯缺陷结构分别为内、外侧两级阶梯缺陷结构，其中外侧阶梯缺陷结构深度大于内侧阶梯缺陷结构深度。

所述的基于多层结构和透射增强现象的双频高增益波导缝隙天线，其特征在于：上层辐射模块中每个矩形孔的四角分别做了圆角处理，通过2×2阵列排布的矩形孔，电磁波可以在有限的矩形孔尺寸下实现更有效的辐射。

所述的基于多层结构和透射增强现象的双频高增益波导缝隙天线，其特征在于：通过控制下层匹配模块的厚度、矩形凹槽的大小以及上层辐射模块的矩形孔大小，实现双频性能，同时提升天线的增益。

所述的基于多层结构和透射增强现象的双频高增益波导缝隙天线，其特征在于：下层匹配模块矩形凹槽内壁的隔墙，可以很好抑制电磁波的高阶模，通过控制矩形凹槽的大小和隔墙的位置、厚度、以及长度，实现良好的阻抗匹配，尤其对高频率处的频率特性有着显著影响。

本实用新型的优点为：

本实用新型具有双频带，高增益，窄波束的特性，符合市场上Ku波段通信要求。

附图说明

图1 本实用新型的实施例一种新型的双频高增益波导缝隙天线。

图2本实用新型的实施例一种新型的双频高增益波导缝隙天线上层铝板示意图。

图3 本实用新型的实施例双频下层开腔铝板的俯视图。

图4 本实用新型实施例新型双频天线的S参数曲线。

图5 本实用新型实施例新型双频天线在12.7GHz的远场H,E面的方向图。

图6本实用新型实施例新型双频天线在15.1GHz的远场H,E面的方向图。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，基于多层结构和透射增强现象的双频高增益波导缝隙天线，包括上层辐射模块1和下层匹配模块2，上层辐射模块1和下层匹配模块2均为矩形的铝板，其中下层匹配模块2中设有矩形凹口3，矩形凹口3宽度与下层匹配模块2宽度一致，矩形凹口3中间成型有矩形凸台4，矩形凸台4宽度与矩形凹口3宽度一致，矩形凸台4的高度小于矩形凹口3的高度，矩形凹口3中位于矩形凸台4两侧分别成型有阶梯缺陷结构5，矩形凸台4中成型有矩形凹槽6，矩形凹槽6四周内壁中间位置分别向矩形凹槽内垂直成型有隔墙7，其中左、右侧隔墙位置对称，前、后侧隔墙位置对称，四个隔墙宽度相同但长度不同，矩形凹槽6底部位于前、后侧隔墙之间设有耦合孔8，耦合孔8前后方向的长度接近半波波长，耦合孔8竖向贯通下层匹配模块2，上层辐射模块1与矩形凸台4长宽匹配，上层辐射模块1中设有按2×2阵列排布的矩形孔9，矩形孔9分别竖向贯通上层辐射模块1，上层辐射模块1盖合在矩形凸台4上，且上层辐射模块1中的矩形孔9可分别与矩形凸台4中的矩形凹槽6连通。

每侧的阶梯缺陷结构5分别为内、外侧两级阶梯缺陷结构，其中外侧阶梯缺陷结构深度大于内侧阶梯缺陷结构深度。

上层辐射模块1中每个矩形孔9的四角分别做了圆角处理，通过2×2阵列排布的矩形孔9，电磁波可以在有限的矩形孔尺寸下实现更有效的辐射。

通过控制下层匹配模块2的厚度、矩形凹槽6的大小以及上层辐射模块1的矩形孔9大小，实现双频性能，同时提升天线的增益。

下层匹配模块2矩形凹槽6内壁的隔墙7，可以很好抑制电磁波的高阶模，通过控制矩形凹槽6的大小和隔墙7的位置、厚度、以及长度，实现良好的阻抗匹配，尤其对高频率处的频率特性有着显著影响。

本实用新型包括：上层辐射模块和下层匹配模块。其中，上层辐射模块上面刻有2×2的阵列矩形孔，为了方便制作加工，矩形孔的四个角都做了圆角处理，电磁波可以在有限的矩形孔尺寸下实现更有效的辐射；而在下层匹配模块的矩形凹槽中，有前后左右四个隔墙；下层匹配模块的矩形凹槽中设置了对称的阶梯形式缺陷结构。天线通过波导馈电，电磁波通过下层匹配模块的中间的耦合孔耦合进天线内部。整个天线的材料选择为铝。本天线的一些结构参数可以近似参考下面公式：

本实用新型的实施例的一种新型的双频高增益的波导缝隙天线见图1，包括上层辐射模块和下层匹配模块。

图2为本实用新型的上层辐射模块，上面刻有2×2的阵列矩形孔，为了方便制作加工，矩形孔的四个角都做了圆角处理。

图3为本实用新型的下层匹配模块，在模块的中间设有矩形凹槽，矩形凹槽内有前后左右四个隔墙，隔墙的厚度都是t3，长度不同；下层匹配模块两侧的阶梯缺陷结构中，内、外侧深度分别为d和d1，靠外侧的结构深度d1要大于内侧结构深度d；电磁波通过下层匹配模块的中间的耦合孔耦合进天线内部，耦合孔的长度i接近半波波长,即0.5λ。

图4为本实用新型的实施例一种新型的双频高增益的波导缝隙天线的S11曲线示意图。由图可以看出，天线在12.7GHz、15.1GHz处的S11均小于-15dB，满足Ku波段通信的工程需要。

图5、图6为本实用新型的实施例的波导缝隙天线天线在12.7GHz和15.1GHz处方向图，由图可知，天线具有良好的方向性和较窄的HPBW。

以上对本实用新型所公开了的一种双频波导缝隙天线，进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用的方法及其核心思想。同时，对于本领域的一般技术人员，根据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。