一维双极化多波束空馈天线的制作方法

本发明属于无线通信技术领域，涉及天线技术，特别涉及一维双极化多波束空馈天线。

背景技术：

通过在圆柱形介质透镜上加载多馈源，可实现增益一致性高，角度覆盖宽的多波束天线。基于多波束介质透镜天线的优越性能，其常被用于雷达探测和点对点通信中。由于低剖面圆柱形介质透镜的上下表面均等效为磁壁，垂直极化的电磁波无法在透镜中传播，介质透镜天线一般仅能辐射水平极化的电磁波。此外，由于互耦过强，低剖面圆柱形介质透镜无法沿纵向组阵。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有传统介质透镜增益一致性高，角度覆盖宽的特性，同时还能够沿纵向组阵，产生双极化电磁波的低剖面多波束空馈天线。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一维双极化多波束空馈天线，包括：

双层平板波导1，为由侧边金属板11、顶层金属板12、中层金属板13和底层金属板14构成的双层半开放结构；所述侧边金属板11与顶层金属板12、中层金属板13以及底层金属板14均垂直；所述顶层金属板12、中层金属板13和底层金属板14相互平行；所述中层金属板13在双层平板波导1的宽边开口处具有可以使电磁波极化改变的锯齿状结构；

馈源阵2，由两层构成，每一层均为由若干个等间距或不等间距排布的馈源21构成的一维直线阵列；所述馈源21由馈电端口211、探针212和半开放背腔构成，其中，上层半开放背腔由两片金属隔板213、顶层金属板12和中层金属板13构成，下层半开放背腔由两片金属隔板213、中层金属板13和底层金属板14构成；所述馈源阵2用于照射所述相移阵列3；

相移阵列3，由两层构成，每一层均为由相移单元31构成的一维直线阵列；其中，上层相移单元31位于顶层金属板12和中层金属板13之间，下层相移单元31位于中层金属板13和底层金属板14之间；所述相移单元31为具有改变特定来波方向电磁波透射相位功能的透射结构。

所述双层平板波导1工作在基本模式，即电磁波在双层平板波导1的任意一层内均以tem模式传播。

所述双层平板波导1整体剖面的高度，即顶层金属板12和底层金属板14之间的间距，不大于天线工作中心频率的0.7倍波长，以保证天线沿纵向组阵后不出现明显的栅瓣。

所述馈源21的馈电端口211将探针212激励起单极子工作模式后，探针212再将半开放背腔激励起腔体工作模式，探针212与半开放背腔共同辐射出电磁波；所述馈源21辐射出电磁波的极化与探针212平行；所述馈源21仅照射相移阵列3的一部分。

所述相移单元31含有金属结构，金属结构的中心部分和顶层金属板12或底层金属板14垂直连接。

所述相移单元31需要在天线工作中心频点处，通过调节结构中的参数(金属部分尺寸，介质介电常数等)，在保证高透射幅度(透射幅度大于-3db)的条件下具有宽透射相移范围(透射相移范围大于180度)的性能。

所述相移单元31按照镜像原理将整体高度缩短为原先的0.5倍，即当相移单元31与金属板脱离连接，其镜像复制的结构与原结构结合为一体后的性能与原相移单元31一致。

所述馈源阵2的上层馈源21与下层馈源21经过双层平板波导1后，辐射出的电磁波主极化分别为±45°；从馈源阵2的一端沿另一端依次照射相移阵列3时，双极化多波束空馈天线分别辐射出出射方向不同的扇形波束。

与现有技术相比，本发明的天线具有波束覆盖角度范围宽、两个极化的极化纯度较好、结构简单易加工等特点。

附图说明

图1表示本发明第一实施实例的三维结构示意图。

图2表示本发明第一实施实例中，不同馈源被激励时，相移阵列被照射的区域；其中，图(a)表示第1个或第6个馈源被激励，图(b)表示第3个或第8个馈源被激励。

图3表示本发明第一实施实例中，不同馈源被激励时，实施实例的e面方向图；其中，图(a)表示第1个或第6个馈源被激励，图(b)表示第3个或第8个馈源被激励。

图4表示本发明第一实施实例中，不同馈源被激励时，实施实例的h面方向图；其中，图(a)表示第1个或第6个馈源被激励，图(b)表示第2个或第7个馈源被激励，图(c)表示第3个或第8个馈源被激励，图(d)表示第4个或第9个馈源被激励，图(e)表示第5个或第10个馈源被激励.

图5表示本发明第一实施实例中，随频率变化时，不同馈源的反射系数。

图6表示本发明第一实施实例中，随频率变化时，第1个馈源与其他馈源的之间的隔离度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本发明第一个实施例的技术方案实现方式为：天线由双层平板波导1、馈源阵2和相移阵列3组成。双层平板波导1上下两层高度一致。馈源阵2上下两层馈源21关于中层金属板13对称，所有馈源21结构一致。相移阵列3上下两层相移单元31关于中层金属板13对称，所有相移单元31结构一致，每一层相移单元31的排布关于的窄边中心线即y轴对称。

该发明的实施例的结构具体说明如下：

一维双极化多波束空馈天线中心工作频率为5.8ghz。具体实施尺寸如图1和图2(a)所示；双层平板波导1高度h为35mm(约0.68λ)，长度l为190mm，宽度w为380mm；馈电端口211高度n为2mm，探针212高度m为9mm，探针212位于两个金属隔板213中间，探针212与侧面金属板11的距离t为12mm；金属隔板213的长度b为12mm，相邻金属隔板213的距离s为34mm；相移单元31与侧面金属板11的距离f为133mm，相邻相移单元31的距离p为20mm；中层金属板13上锯齿状结构为等腰直角三角形，腰长k为30mm，锯齿两端与边缘间距a为10mm；

根据以上尺寸设计的天线，馈源阵2的每一层馈源21发射出的电磁波，可以照射到相移阵列3中的大约9个相移单元31所构成的区域，其中，入射相位从+x到-x轴的分布为-130°，-55°，10°，48°，85°，85°，48°，10°，-55°，-130°；由于相移单元31的排布关于y轴对称，每一层相移阵列3从+x到中心的补偿相位分布为-230°，-199°，-158°，-90°，-21°，-275°，-132°，12°，-177°度。

当不同馈源31被激励时，相移阵列3被照射的区域如图2所示，其中处于被照射区域的相移单元31为黑色，处于未被照射区域的相移单元31为灰色；图(a)表示第1个或第6个馈源21被激励，相移阵列3被照射区域主要集中在+x轴部分；图(b)表示第3个或第8个馈源21被激励，相移阵列3被照射区域主要集中在中间部分。

图3表示本发明第一实施实例中，不同馈源21被激励时，实施实例的e面方向图；其中，图(a)表示第1个或第6个馈源21被激励，图(b)表示第3个或第8个馈源21被激励。当边缘的馈源21被激励，e面方向图的波束宽度较窄，当馈源21按照从两端到中间逐渐被激励，e面的方向图的波束宽度逐渐变宽。

图4表示本发明第一实施实例中，不同馈源21被激励时，实施实例的h面方向图；其中，图(a)表示第1个或第6个馈源21被激励，图(b)表示第2个或第7个馈源21被激励，图(c)表示第3个或第8个馈源21被激励，图(d)表示第4个或第9个馈源21被激励，图(e)表示第5个或第10个馈源21被激励。所有波束的增益具有较好的一致性，波束覆盖角度达到±30°，波束增益最大值处主极化比交叉极化的增益大于10db。

图5表示本发明第一实施实例中，随频率变化时，不同馈源21的反射系数。在5.4-6.2ghz之间，所有馈源21的反射系数小于-10db.

图6表示本发明第一实施实例中，随频率变化时，第1个馈源21与其他馈源21的之间的隔离度。在5.4-6.2ghz之间，所有馈源21的反射系数小于-13db。

综上，本发明提出了一种一维双极化多波束空馈天线。通过在双层金属波导1加入改变极化的中层金属板13，以及在相移单元31中使用镜像原理，本发明成功实现了极化较为纯净、可纵向组阵的双线极化多波束天线，同时天线兼具宽角度覆盖、增益一致性较好的性能。本发明在未来希望应用于第五代移动通信基站天线。