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
【专利摘要】本发明公开了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，包括一个上层辐射模块和下层匹配模块，上层辐射模块上刻蚀有2×2阵列的矩形孔；在下层匹配模中央设有矩形凹口，矩形凹口中间矩形凸台中设有矩形凹槽，在矩形凹槽的前后左右放置两组对称隔墙，实现了更好的阻抗匹配，而在矩形凹口内矩形凸台两侧设计了阶梯形式的缺陷结构；整个天线通过波导馈电，电磁波通过底部的耦合孔耦合进天线内部。本发明具有双频带，高增益，窄波束特性，符合市场上Ku波段通信要求。
【专利说明】
基于多层结构和透射増强现象的双频高増益波导缝隙天线
技术领域
[0001] 本发明涉及波导天线领域，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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 2011年，￥〇1161|/[;[1?^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。
[0005] 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。
【发明内容】
[0006] 本发明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。
[0007] 为了达到上述目的，本发明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2X2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。
[0008] 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。
[0009] 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2X2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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012]本发明的优点为： 本发明具有双频带，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】
[0013] 图1本发明的实施例一种新型的双频高增益波导缝隙天线。
[0014] 图2本发明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。
[0015] 图3本发明的实施例双频下层开腔铝板的俯视图。
[0016] 图4本发明实施例新型双频天线的S参数曲线。
[0017] 图5本发明实施例新型双频天线在12.7GHz的远场H，E面的方向图。
[0018]图6本发明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】
[0019] 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 X 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。
[0020] 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。
[0021] 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2X2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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 本发明包括: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2X2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：
本发明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。
[0025]图2为本发明的上层辐射模块，上面刻有2X2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。
[0026]图3为本发明的下层匹配模块，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dl，靠外侧的结构深度dl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，即〇. 5入。
[0027] 图4为本发明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。
[0028] 图5、图6为本发明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。
[0029] 以上对本发明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， 根据本发明的思想，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 容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 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2X2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。2. 根据权利要求1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。3. 根据权利要求1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2X2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。4. 根据权利要求1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。5. 根据权利要求1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。
【文档编号】H01Q13/06GK105958207SQ201610527749
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】李民权, 魏亚东, 何宏庆, 侯杨, 朱元, 龙嘘云, 沈纯纯
【申请人】安徽大学