一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线的制作方法

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线。

背景技术：

传统的高增益天线主要包括抛物面反射天线和阵列天线，但由于其自身存在的缺点限制了天线的应用范围，如抛物面天线体积大，隐蔽性差，安装困难，天线工作频率较高时加工精度要求高；阵列天线馈电网络复杂，加工成本高，传输损耗大，效率低。传统的电扫天线阵具有控制灵活、天线结构和转动机械要求低、波束扫描快和精度高等优势，得到了广泛应用。电控扫描可分为改变各个单元相位的相控天线阵和改变阵列馈电频率的频扫天线阵。相控天线阵需要移相器改变天线的馈电相位，成本过高，在传统的低成本的天线通信领域，优势不大。

槽隙波导是近年来提出的一种新的开放式的传输线结构，与传统的矩形波导传输线相比，加工精度大大降低；与基片集成波导传输线相比，其为全金属结构，无须介质，因此传输损耗很小，在高频天线的设计中，具有巨大的潜在优势。目前，对于槽隙波导传输线的研究逐步深入，在高频天线的设计中得到越来越多的关注。

漏波天线在宽带无线通信、调频扫描雷达、方向图合成等方面得到越来越多的应用。漏波天线属于行波天线的一种，通过周期性的加载天线单元，可以较为容易的设计各种高增益天线，且电磁波沿馈线传播时，通过天线单元不断辐射，使天线具有一定的扫描能力。目前漏波天线可以由波导、超材料、基片集成波导等技术实现，工作带宽16.3％(9ghz-10.6ghz)，且当频率大于11.5ghz，天线辐射效率小于50％，但均存在体积大、带宽窄、加工成本高、损耗大等缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于，为解决对现有的波导漏波天线存在上述问题，本发明提供了一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线，其包括：馈源和槽隙波导传输线结构；所述槽隙波导传输线结构为上下层结构，且进一步包括：上层金属板，下层金属板和若干方形探针；该上层金属板位于该下层金属板之上，在该下层金属板的中间位置设有一槽隙，该馈源分别位于该槽隙的两端，在该槽隙的两侧等间距分布若干该方形探针，且其中一侧的该方形探针的数量大于另一侧的该方形探针的数量，电磁波通过该方形探针的上表面与该上层金属板的下表面之间的缝隙进行辐射。

所述馈源为x波段标准矩形波导端口。

所述槽隙的宽度是从一端向另一端逐渐变小，且宽度较大的一端为馈电端，宽度较小的一端为吸收端。

该方形探针的上表面为人造磁导体表面，特定频段的电磁波不能沿其表面传播，可以防止电磁波的泄漏。该方形探针的高度从该馈电端向该吸收端逐步变小，且数量较小的该方形探针的一侧为辐射侧，数量较大的该方形探针的一侧为非辐射侧。

该辐射侧的该方形探针的高度均比该非辐射侧的该方形探针的高度小1mm。

本发明的优点在于：在该槽隙波导漏波天线的左、右两端设计不同的阻带范围，拓展了天线的工作带宽，提高了天线的辐射效率。天线带宽为9ghz-12.5ghz，辐射效率大于90％，平均增益为18db，扫描范围为22°。该天线天线为全金属结构，无须介质，因而没有介质损耗；馈源采用x波段标准矩形波导，进一步简化了天线设计。该天线结构简单，成本低，易于工程实现。

附图说明

图1是本发明的一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线的结构示意图

图2是本发明的一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线的下层金属板的俯视图

图3是本发明的一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线的平面二维周期性结构色散表的线图

图4是本发明的一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线的馈源端平面一维周期性结构色散表的线图

图5是本发明的一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线的吸收端平面一维周期性结构色散表的线图

图6是本发明的一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线的辐射方向的线图

图7是本发明的一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线的增益和副瓣电平的线图

图8是本发明的一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线的辐射效率和方向性的线图

图9是本发明的一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线的散射参数回波损耗的线图

图10是本发明的一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线的散射参数正向传输系数的线图

1、上层金属板2、下层金属板

3、方形探针4、槽隙

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1和2所示，本发明提供了一种基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线，天线带宽为9ghz-12.5ghz，辐射效率大于90％，平均增益为18db，扫描范围为22°；该基于阻带设计技术的槽隙波导漏波天线包括：馈源和槽隙波导传输线结构；所述槽隙波导传输线结构为上下层结构，且进一步包括：上层金属板1，下层金属板2和若干方形探针3；该上层金属板1位于该下层金属板2之上，在该下层金属板2的中间位置设有一槽隙4，该馈源分别位于该槽隙4的左、右两端，在该槽隙4的上、下两侧等间距分布若干该方形探针3，且上侧的该方形探针3分布三排等间距分布若干该方形探针3，在下侧铺设一排等间距分布的该方形探针3；其中，上侧该方形探针3的数量大于下侧的该方形探针3的数量，电磁波通过该方形探针3的上表面与该上层金属板2的下表面之间的缝隙进行辐射。

所述馈源为x波段标准矩形波导端口。

如图2所示，所述槽隙4的宽度是从左端向右端逐渐变小，且宽度较大的左端为馈电端，宽度较小的右端为吸收端。

该方形探针3的上表面为人造磁导体表面，特定频段的电磁波不能沿其表面传播，可以防止电磁波的泄漏。在每一排呈等间距分布的该方形探针3中，该方形探针3的高度均是从该馈电端向该吸收端逐步变小，且等间距分布的该方形探针3的上侧为辐射侧，等间距分布的该方形探针3的下侧为非辐射侧。

该辐射侧的该方形探针3的高度均比该非辐射侧的该方形探针3的高度小1mm。

如图3所示，为槽隙波导传输线结构平面二维周期性结构色散表,其色散表获得条件如下：假定在无限大的二维平面内，探针周期性排列，然后研究电磁场的分布状况。不同的模式表示电磁波在波导中分布不同，在阻带范围内不存在模式，表明阻带频段内电磁波不能传播。从图3可以看出，在阻带范围为7.3ghz-13.7ghz时，电磁波并不会沿三排方形柱非脊线方向传播，即非辐射侧方向传播，不会引起电磁波的泄露问题。

如图4所示，为槽隙波导传输线结构馈源端平面一维周期性结构色散表，其色散表获得条件如下：假定在一维平面内，探针沿脊线方向周期性排列，然后研究电磁场的分布状况。不同的模式表示电磁波在波导中分布不同，在阻带范围内存在单一模式，表明此频段内电磁波单模传输。通过设计槽隙波导传输线前端平面一维周期性结构色散表，得到不同的阻带范围，在频率范围为0.2ghz-19.4ghz的电磁波均得到衰减，从而提高天线的辐射效率。通过图4可以看出，在阻带范围为8.5ghz-13.7ghz时，电磁波的频率靠近或大于阻带下边频8.5ghz时，能够得到更好的辐射，即9ghz-11.7ghz；当电磁波的频率较大，例如大于11.7ghz时，电磁波辐射性能变差，因此需要重新设计一维色散结构。

如图5所示，为槽隙波导传输线结构吸收端平面一维周期性结构色散表，其色散表获得条件如下：假定在一维平面内，探针沿脊线方向周期性排列，然后研究电磁场的分布状况。不同的模式表示电磁波在波导中分布不同，在阻带范围内存在单一模式，表明此频段内电磁波单模传输。通过图5可以看出，在阻带范围为11.7ghz-13.45ghz时，电磁波频率在靠近或大于阻带下边频11.7ghz时，电磁波能够更好的辐射，即11.7ghz-12.5ghz；综合起来.，9ghz-12.5ghz的电场波均能够得到很好的辐射。

电磁波沿槽隙波导传输线结构传播，在该辐射侧不断辐射电磁波，再通过槽隙波导传输线一维色散结构，使不同频率的电磁波得到大幅度的衰减，从而大大提高天线的辐射效率，并拓展了天线带宽。采用槽隙波导传输线祖代设计技术提高其辐射效率和工作带宽。如图6所示，当频率为9ghz时，天线主波束指向为32°；当频率为11.5ghz时，天线主波束指向为47°；当频率为12.5ghz时，天线主波束指向为54°；即该天线带宽为32.6％(9ghz-12.5ghz)；根据公式：带宽＝2x(上边频-下边频)/(上边频+下边频)计算，即2x(12.5-9)/(12.5+9)＝32.6％；天线扫描范围为22°。

如图7所示，天线平均增益为18db，天线副瓣电平小于-14db，表明天线性能较好。

如图8所示，天线辐射效率在整个频率范围9ghz-12.5gh内大于90％，且方向性系数较高。

如图9所示，为本发明的散射参数回波损耗图，回波损耗越小，表明馈电端口反射功率越小，天线辐射性能越好；天线工作频段为9ghz-12.5ghz，是根据回波损耗决定的。

如图10所示，为本发明的散射参数正向传输系数图，正向传输系数越小，表明吸收端口吸收功率越小，天线辐射性能越好；

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。