紧凑的宽带波导阵元天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及波导阵元天线技术，尤其是一种结构紧凑、工作频带宽的波导阵元天线。
【背景技术】
[0002]天线作为现代通信系统中的重要组成部分，主要用于辐射和接收电磁能量，随着社会对通信系统要求的不断提高，天线的增益、工作带宽以及物理尺寸越来越受到人们的重视。随着人们对数据传输速率的要求日益提高，无线通信正面临着高速率、大带宽的挑战。在无线通信领域，随之发展起来的技术有ΜΜ0技术(多输入多输出技术)、宽带通信技术。这些技术的实现都依赖着大带宽、易组阵的天线设计。
[0003]目前，超宽带天线的带宽主要取决于天线的几何形状，例如蝶形天线、对数周期天线、双锥天线、Vivaldi天线、印刷单极子天线等。虽然这些天线可以集成在平面介质基板上，但是其物理尺寸大多大于二分之一个波长，较难实现结构紧凑的阵列天线。此外，这些天线的馈电网络比较复杂，在大规模集成时馈电网络会严重影响阵列天线的性能。然而，诸如微带天线、波导缝隙天线等结构简单、结构紧凑的天线又面临着工作频带窄等问题。
[0004]喇机天线作为一种高增益口面天线，工作频带较宽、加工简单等优点，一直被广泛应用在微波通信的各个场合。同时喇叭天线馈电方便、结构简单，在组成阵列时相互间干扰少，能够通过控制阵元馈电形成各种所需要的方向图。例如，现有技术公开了一种波导喇叭阵列，该波导喇叭阵列具有结构易加工、高增益等优点，但是其单元的喇叭口面较大，结构不够紧凑。同时，该阵列在组成天线系统时，是采用微带贴片进行耦合馈电，影响了天线系统的整体带宽，馈电效率也难以提高。
[0005]另一现有技术公开了喇叭阵列天线，该天线采用缝隙波导进行馈电，提高了馈电效率。然而，喇叭在组成阵列天线时，喇叭尺寸过大，不利于天线的小型化；另外缝隙波导在馈电时缺少灵活性，不能实现阵列方向图实时变换。
【发明内容】
[0006]发明目的:提供一种紧凑的宽带波导阵元天线，以解决现有技术存在的上述问题。
[0007]技术方案:一种紧凑的宽带波导阵元天线，包括用以组成阵列天线的馈电同轴线、脊波导和波导口面；所述馈电同轴线由外至内依次为同轴线的外导体、绝缘介质和中心导体，馈电同轴线采用背馈形式，所述中心导体插接于所述脊波导的脊内；所述脊波导和波导口面的外形相同且同轴连接。
[0008]优选的，所述脊波导和波导口面的形状(横截面)为正方形、矩形、三角形、五边形、六边形、八边形或圆形。当脊波导和波导口面的形状为矩形或者圆形时，其尺寸小于工作频段标准波导的尺寸。所述脊波导内部脊的个数为1或2个。当脊波导内部脊的个数为2个时，脊位于同一轴线上。脊波导内部脊的横截面为方形、半圆形、尖劈形、梯形、或T型。波导阵元天线为沿直线排布的一维线阵。波导阵元天线为沿任意形状曲线排布的阵列。波导阵元天线为沿相互垂直的两个方向上纵横排布的二维阵列。所述脊波导包括两个呈对称分布的脊，馈电同轴线的中心导体与其中的一个脊连接。
[0009]有益效果:本发明的优点包括:波导口面结构紧凑，口面尺寸远小于目前阵列中使用的喇叭天线；所使用的脊波导能够起到TEM模式与波导模式转换的作用，能够有效拓展天线带宽；所使用的馈电同轴线采用背馈形式，将中心导体插在脊波导内，利用内部的磁耦合将能量馈入脊波导种，缩减了截面尺寸；漏波天线可适用于各个频段，如微波段、毫米波段；结构简单，便于加工制造；能够用于组成宽带、小型化天线阵列，以实现高速数字通
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【附图说明】
[0010]图1是本发明实施例沿轴线方向的结构示意图。
[0011]图2a至图2c是图1所示实施例中各部分结构的横截面示意图。
[0012]图3是图1所示实施例的驻波比曲线。
[0013]图4是图1所示实施例的E面和Η面辐射方向图。
[0014]图5是图1所示实施例组成一维阵列的主视图。
[0015]图6是图1所示实施例组成一维阵列的后视图。
[0016]图7是图1所示实施例组成一维阵列后各波导阵元天线的驻波比曲线。
[0017]图8是图1所示实施例组成一维阵列后各波导阵元天线间隔离度。
[0018]图9a至图9c是本发明另一实施例各部分结构的横截面示意图。
[0019]图10a至图10c是本发明再一实施例各部分结构的横截面示意图。
[0020]图11是另一种一维阵列的主视图。
[0021]图12是一种二维阵列的主视图。
[0022]图13a至图13c是其他实施例的横截面示意图。
【具体实施方式】
[0023]为了解决现有技术存在的问题，申请人经深入研究后，提出了一种结构紧凑、工作频带宽的波导阵元天线，其馈电形式简单、易于机械加工，同时便于组成小型化、低剖面天线阵列。
[0024]如图1所示，本发明紧凑的宽带波导阵元天线包括顺次设置的馈电同轴线、脊波导、波导口面三部分。其中，馈电同轴线的中心导体插在脊波导的脊内；脊波导与波导口面轴向直接相连，起到同轴线中TEM模式到波导口面中波导模式的转化作用。波导尺寸可以小于其工作频带标准波导，从而实现阵列天线小型化；波导阵元天线采用背馈形式，实现阵列天线低剖面。
[0025]上述波导阵元天线可通过不同形状的波导实现，因此可根据具体组阵形式灵活选择。同时，波导中脊的数量也可以根据实际的需要进行选择，以下为几种优选方案:
方案1.波导阵元天线采用矩形截面的波导实现，其中矩形脊波导的脊位于矩形波导的宽边或窄边。
[0026]方案2.波导阵元天线采用六边形截面的波导实现，其中六边形脊波导的脊位于波导的某一边的中心位置。
[0027]方案3.波导阵元天线采圆形截面的波导实现，其中圆形脊波导的脊可位于圆波导的边缘任意位置。其中，脊波导的脊为方形、半圆形、尖劈形或T字形。
[0028]方案4.波导阵元天线中的脊波导采用双脊设计，双脊波导的脊呈对称分布，馈电同轴线的中心导体直接插入其中一脊。双脊设计中的两个脊采用相同形状的脊，或则采用不同形状的脊。
[0029]为了便于理解，下面通过实施案例来对本发明技术方案进行详细说明。
[0030]图1显示了本发明的一个优选实施例，其工作频段为Ku波段12~18GHz。该实施例中的波导阵元天线包括矩形的波导口面11、矩形的脊波导12以及馈电同轴线13。
[0031]其中，馈电同轴线13采用背馈形式，其中心导体15直接