Z字形交叉缝隙圆极化背腔天线的制作方法

文档序号:10988207
Z字形交叉缝隙圆极化背腔天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了Z字型交叉缝隙圆极化背腔天线,该阵列天线由上层介质板1、耦合方腔2、中间层介质板3和背腔4组成,中间层介质板3的上表面腐蚀形成有交叉缝隙6,下表面腐蚀形成有馈线7;交叉缝隙6由结构相同的两个Z字形或倒Z字形缝隙垂直设置形成;Z字形或倒Z字形缝隙均由中间缝隙和一对相互平行的端缝隙组成,中间缝隙的两端各有一个端缝隙且端缝隙与中间缝隙相互垂直。本实用新型天线阻抗带宽大于25%,带宽内增益大于8.5dB,辐射效率大于75%,小于3dB的轴比带宽大于23%。本实用新型整个天线结构简单、紧凑,辐射效率高,同时该设计实现了天线与网络一体化设计,且可做为相控阵辐射单元,实现波束的控制和扫描。
【专利说明】
Z字形交叉缝隙圆极化背腔天线
技术领域
[0001]本实用新型涉及卫星通信、视距通信领域中高效率圆极化阵列天线,该天线设计的技术主要包括:圆极化技术、高效率辐射技术。
【背景技术】
[0002]目前在通信频段越来越向高频段发展,尤其在Ka波段,其频率带宽有25GHz(20-45GHz),工作在此频段的要求天线具有尺寸小、增益高、点波束的特性,实现上述性能的天线主要有以下几种天线形式,但各有优缺点。
[0003]1、波导缝隙天线:该形式天线是在波导宽边或窄边进行开缝,通常有行波、驻波两种阵列形式,但辐射单元缝隙的增益相对较低,通常只有7dB左右,由于为串馈形式,带宽内出现频扫现象,随着工作频率的增高,要求加工精度也越高,需借助较高的焊接工艺加工制造,成品率较低,导致成本较高。
[0004]2、微带贴片天线,该天线形式具有轮廓低、可集成有源器件、可实现辐射单元与网络一体化设计的,但天线的介质损耗较大,且存在漏波效应,天线单元增益低、馈电网络损耗大,不利用实现高增益天线设计。
[0005]3、反射面天线,该形式天线在Ka频段具有很好的射频性能,差损低、辐射效率高、实现圆极化辐射相对技术较为简单,但该形式天线物理尺寸较大,不适用在一些空间狭小的场合。
[0006]4.透镜天线,该天线形式与反射面天线类似,通常采用馈源照射介质球、介质饼等,使波束聚焦,实现高增益照射的目的。但与反射面天线同样具有天线体积尺寸过大,无法实现波束调整的功能。

【发明内容】

[0007]本实用新型的目的在于避免上述【背景技术】中的不足之处而提供一种Z字形交叉缝隙圆极化背腔天线,本实用新型损耗低,辐射效率高,方向图副瓣低,结构紧凑,可靠性高。
[0008]本实用新型是这样实现的:Z字型交叉缝隙圆极化背腔天线,包括从上到下依次设置的上层介质板1、耦合方腔2、中间层介质板3和背腔4,上层介质板I的下敷铜层腐蚀形成有辐射贴片5,背腔4为正方形;其特征在于:中间层介质板3的上表面腐蚀形成有交叉缝隙6,下表面腐蚀形成有馈线7;交叉缝隙6由两个Z字形缝隙或者两个倒字Z形缝隙组成;两个Z字形缝隙结构相同分别为第一 Z字形缝隙11和第二 Z字形缝隙12,第一 Z字形缝隙11由中间缝隙和一对相互平行的端缝隙组成,中间缝隙的两端各有一个端缝隙且端缝隙与中间缝隙相互垂直;第一Z字形缝隙11的中间缝隙与第二Z字形缝隙12的中间缝隙相互垂直且中心重合;中间缝隙与馈线7在中间介质板3上表面的投影夹角为45°。
[0009]进一步地,所述的两个倒Z字形缝隙由两个Z字形缝隙水平翻转180°得到。
[0010]进一步地,第一Z字形缝隙11的中间缝隙的宽度为0.03λ0,中间缝隙的长度为0.25λ0,两个端缝隙的长度均为0.08λ0,两个端缝隙的宽度均为0.06λ0;第二Z字形缝隙12的中间缝隙的宽度为0.03λ0,中间缝隙的长度为0.2λ0,两个端缝隙的长度均为0.06λ0,两个端缝隙的宽度均为0.06λ0;其中,λΟ为中心频率对应的波长。
[0011]进一步地,馈线7的激励点位于第一Z字形缝隙11的几何中心,馈线7的一端到激励点的距离为0.05λ0,另一端为自由端。
[0012]本实用新型与【背景技术】比较有如下优点:
[0013]1、本实用新型的Z字形交叉缝隙圆极化背腔天线,由上层介质板1、耦合方腔2、中间层介质板3、背腔4组成,天线阻抗带宽大于25 %,带宽内增益大于8.5dB,福射效率大于75%,小于3dB的轴比带宽大于23%。
[0014]2、本实用新型整个天线结构简单、紧凑,辐射效率高,同时该设计实现了天线与网络一体化设计,且可最为相控阵辐射单元,实现波束的控制和扫描。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型三维结构示意图。
[0016]图2是本实用新型的分层示意图。
[0017]图3是本实用新型实施例说的Z字形交叉缝隙的示意图一。
[0018]图4是本实用新型实施例说的Z字形交叉缝隙的示意图二。
【具体实施方式】
[0019]参照图1至图4,本实用新型由上层介质板1、耦合方腔2、中间层介质板3和背腔4组成,图1是本实用新型三维结构示意图,图2是本实用新型的分层示意图,给出了各部件间的相对位置关系及内部结构组成。
[0020]其中,上层介质板I的下表面腐蚀形成有辐射贴片5,上表面的敷铜全部腐蚀掉。辐射贴片5耦合到交叉缝隙6激励起来的电磁信号,并在其表面形成电流,并经过介质层辐射到自由空间;在此过程中介质板起了天线罩的作用,对辐射贴片5起屏蔽保护作用。
[0021]耦合方腔2位于上层介质板I的下方,中间层介质板3的上方;呈方形结构。其作用主要有两个方面:I)电磁屏蔽,2)对上层介质板起支撑作用。与传统的微带缝隙天线采用开放式(天线四周无金属屏蔽腔)的结构比较,采用此种电磁设计方法可获得较高的辐射增益,通常相同单元天线增益提高0.7dB;另外,经过加载屏蔽耦合方腔的天线,在阵列天线中使用时,阵中的单元间隔离度提高,通常提高8dB左右,阵中的辐射方向图的质量也明显好于开放式的微带天线,这对于相控阵天线波束扫描波束峰值幅度波动平滑作用明显。
[0022]中间层介质板3位于耦合方腔2和背腔4之间,其上表面敷刻有交叉缝隙6,下表面敷刻有馈线7。其中,交叉缝隙6由两个Z字形缝隙或者两个倒Z字形缝隙组成。
[0023]交叉缝隙6由两个Z字形缝隙组成,如图3所示,具体结构为:交叉缝隙6由第一Z字形缝隙11和第二Z字形缝隙12呈90°正交放置,两个Z字形缝隙的长度、宽度不相同;通过两个Z字形缝隙的差异调节两缝隙上激励的电流之间的相位差,使其满足圆极化辐射条件。每个Z字形缝隙均由中间缝隙9和一对相互平行的端缝隙10组成,中间缝隙9的两端各有一条端缝隙10且端缝隙10与中间缝隙9相互垂直。端缝隙的宽度大于中心缝隙的宽度并与之构成Z字形;它的作用是增加缝隙的工作带宽,同时并不增加缝隙的横向尺寸,这样有利于耦合腔体的小型化设计。
[0024]交叉缝隙6由两个倒Z字形缝隙组成,如图4所示,具体结构为:交叉缝隙6由第一倒Z字形缝隙13和第二倒Z字形缝隙14呈90°正交放置,两个倒Z字形缝隙的长度、宽度不相同;通过两个倒Z字形缝隙的差异调节两缝隙上激励的电流之间的相位差,使其满足圆极化辐射条件。每个倒Z字形缝隙均由中间缝隙15和一对相互平行的端缝隙16组成,中间缝隙15的两端各有一条端缝隙16且端缝隙16与中间缝隙15相互垂直。端缝隙的宽度大于中心缝隙的宽度并与之构成倒Z字形;它的作用是增加缝隙的工作带宽,同时并不增加缝隙的横向尺寸,这样有利于耦合腔体的小型化设计。
[0025]馈线7与两个Z字形缝隙或者两个倒Z字形缝隙均成45°夹角,且馈线7的激励点(能量集中点)位于两个Z字形缝隙或者两个倒Z字形缝隙的几何中心;这样分别在两个Z字形缝隙或者两个倒Z字形缝隙上激励起极化正交,并有一定相差的表面电流,当电流幅度相等、相位差90°是即形成纯圆极化波,当不满足此条件时,便形成椭圆极化波。馈线7的一端到激励点的距离为0.05λο,另一端为自由端。
[0026]天线的最底层为背腔4,其成正方形结构;作用使天线定向福射,防止电磁信号外泄,提高天线的辐射效率。
[0027]研究发现:当第一Z字形缝隙11或者第一倒Z字形缝隙13的中间缝隙的宽度为0.03λ0(λ0为中心频率对应的波长),长度为0.25λ0,两条端缝隙的长度均为0.08λ0,宽度均为
0.06λ0;第二 Z字形缝隙12或者第二倒Z字形缝隙14的中间缝隙的宽度为0.03λ0 (λ0为中心频率对应的波长),长度为0.2λ0,两条端缝隙的长度均为0.06λ0,宽度均为0.06λ0,天线轴比小于2dB的带宽为15%。
[0028]本实用新型工作原理如下:当发射信号时,发射机通过同轴电缆将发射信号输入到馈线7,在交叉缝隙6激励起圆极化电流,振荡的电流形成的电场经由耦合方腔2耦合到辐射贴片5上,并形成表面电流,产生的电磁场信号通过上层介质板辐射到自由空间;天线的接收与发射为互易过程,外部信号在辐射贴片5上激励其圆极化电流,经由耦合方腔2耦合到交叉缝隙6并激励起表面电流,并耦合到馈线7上,最终经由同轴电缆输出到外接接收机。
【主权项】
1.Z字型交叉缝隙圆极化背腔天线,包括从上到下依次设置的上层介质板(I)、耦合方腔(2)、中间层介质板(3)和背腔(4),上层介质板(I)的下敷铜层腐蚀形成有辐射贴片(5),背腔(4)为正方形;其特征在于:中间层介质板(3)的上表面腐蚀形成有交叉缝隙(6),下表面腐蚀形成有馈线(7);交叉缝隙(6)由两个Z字形缝隙或者两个倒字Z形缝隙组成;两个Z字形缝隙结构相同分别为第一Z字形缝隙(11)和第二Z字形缝隙(12),第一Z字形缝隙(11)由中间缝隙和一对相互平行的端缝隙组成,中间缝隙的两端各有一个端缝隙且端缝隙与中间缝隙相互垂直;第一 Z字形缝隙(11)的中间缝隙与第二 Z字形缝隙(12)的中间缝隙相互垂直且中心重合;中间缝隙与馈线(7)在中间介质板(3)上表面的投影夹角为45°。2.根据权利要求1所述的Z字型交叉缝隙圆极化背腔天线,其特征在于:所述的两个倒Z字形缝隙由两个Z字形缝隙水平翻转180°得到。3.根据权利要求1所述的Z字型交叉缝隙圆极化背腔天线,其特征在于:第一Z字形缝隙(11)的中间缝隙的宽度为0.03λο,中间缝隙的长度为0.25λο,两个端缝隙的长度均为0.08λ0,两个端缝隙的宽度均为0.06λο;第二Z字形缝隙(12)的中间缝隙的宽度为0.03λο,中间缝隙的长度为0.2λ0,两个端缝隙的长度均为0.06λ0,两个端缝隙的宽度均为0.06λ0;其中,λ0为中心频率对应的波长。4.根据权利要求1所述的Z字型交叉缝隙圆极化背腔天线,其特征在于:馈线(7)的激励点位于第一Z字形缝隙(11)的几何中心,馈线(7)的一端到激励点的距离为0.05λο,另一端为自由端。
【文档编号】H01Q13/10GK205680784SQ201620526577
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月1日 公开号201620526577.0, CN 201620526577, CN 205680784 U, CN 205680784U, CN-U-205680784, CN201620526577, CN201620526577.0, CN205680784 U, CN205680784U
【发明人】宋长宏
【申请人】中国电子科技集团公司第五十四研究所
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