波导缝隙耦合圆极化天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种波导缝隙耦合圆极化天线，该天线包括从上到下依次设置的椭圆辐射喇叭口、耦合缝隙、矩形腔体和矩形波导。椭圆辐射喇叭口固定于耦合缝隙的上方，为2×2阵列形式排布；耦合缝隙的排布方式与椭圆辐射喇叭口的排布方式相同，其中心线与椭圆辐射喇叭口在两者交界面的投影中心线重合；矩形腔体的外边缘与耦合缝隙的外边缘重合，矩形腔体的长边、短边与矩形波导的长边、短边分别一一对应平行。本实用新型的天线阻抗带宽大于20％，带宽内增益大于16dB，辐射效率大于85％，小于3dB的轴比带宽大于15％，整个天线结构简单、紧凑，辐射效率高，圆极化辐射，可作为高效率子阵天线辐射单元，也可作为大型有源阵列天线子阵单元。
【专利说明】
波导缝隙耦合圆极化天线
技术领域
[0001]本实用新型涉及卫星通信、微波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:高效率辐射技术、缝隙耦合圆极化技术。
【背景技术】
[0002]目前在通信频段越来越向高频段发展，尤其在Ku、Ka波段，其频率决定带宽比工作在L、S波段的天线，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，不适用在一些安装空间狭小的场合。
[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，与平面阵列天线比较无法共形安装。
【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波导缝隙耦合圆极化天线，本实用新型的特点是，高效率，损耗低，辐射效率高，轴比带宽宽。
[0008]本实用新型是这样实现的:波导缝隙耦合圆极化天线，包括天线基体5以及设置在天线基体5内的耦合缝隙2、矩形腔体3和矩形波导腔4，其特征在于:还包括椭圆辐射喇叭口 I，椭圆辐射喇叭口 I位于天线基体5内部，为2 X 2阵列形式排布，椭圆辐射喇叭口 I的中心连线为正方形，且其上喇叭口与天线基体5的上表面齐平;每个椭圆辐射喇叭口 I的底部均设有呈矩形条状的耦合缝隙2，耦合缝隙2的中心线与椭圆辐射喇叭口 I的底部椭圆的长轴重合，且几何中心重合;矩形波导腔4的下波导口与天线基体5的下表面齐平;耦合缝隙2和矩形波导腔4通过矩形腔体3连接，矩形腔体3与矩形波导腔4的中心重合，矩形腔体3的长边与矩形波导腔4的长边相平行，矩形腔体3的短边与矩形波导的短边相平行。
[0009]其中，所述的椭圆辐射喇叭口I的椭圆长轴的长度为0.545λο，长短轴比值为1.18，纵向高度为0.125λο，四个椭圆辐射喇叭口 I的间距为0.866λο;其中，λο为中心频率对应的波长。
[0010]其中，所述的耦合缝隙2的长度为0.47λο，宽度为0.05λο;其中，λο为中心频率对应的波长。
[0011]其中，所述的矩形腔体3的长度为1.Uo，宽度为0.9λο，纵向高度为0.254λ0;其中，λο为中心频率对应的波长。
[0012]本实用新型与【背景技术】比较有如下优点:
[0013]1、本实用新型的波导缝隙耦合圆极化天线由椭圆辐射喇叭口 1、耦合缝隙2、矩形腔体3和矩形波导腔4组成，天线阻抗带宽大于20%，带宽内增益大于16dB，辐射效率大于85%，小于3dB的轴比带宽大于15%。
[0014]2、本实用新型整个天线结构简单、紧凑，辐射效率高，圆极化辐射，可作为高效率子阵天线辐射单元，也可作为大型有源阵列天线子阵单元。
【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是本实用新型侧视示意图。
[0018]图4是本实用新型俯视不意图。
【具体实施方式】
[0019]参照图1至图4，本实用新型包括天线基体5以及在天线基体5上由上到下依次设置的四个椭圆辐射喇叭口 1、四个耦合缝隙2、矩形腔体3和矩形波导腔4，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]四个椭圆辐射喇叭口I位于最上层，其阵列排布形式为2 X 2，椭圆辐射喇叭口间距为0.866λο，其作用是接收、发射电磁信号，并按着一定的空间功率波束覆盖要求，实现所需方向图的设计。椭圆辐射喇叭口可实现较高的辐射增益，较宽的圆极化轴比带宽，其椭圆长轴尺寸为0.545λο(λο为中心频率对应波长)；长短轴比值为1.18，椭圆辐射喇叭口的纵向高度为0.125入0。
[0021]親合缝隙2位于四个椭圆福射喇机口I的下层，排布方式与椭圆福射喇机口 I相同，呈矩形状，其中心线与椭圆辐射喇叭口在两者交界面的投影中心线重合，且几何中心重合，其外轮廓线不超过矩形腔体3的外轮廓线。耦合缝隙2在矩形腔体3腔体上激励起线极化电流，并耦合到椭圆辐射喇叭口中，并在其中激励起旋转的电场，辐射到自由空间，实现圆极化辐射。耦合缝隙2的长度为0.47λο，宽度为0.05λ0。
[0022]矩形腔体3位于耦合缝隙2的下层，其长度l.Uo，宽度为0.9λο，高度为0.254λο。矩形波导腔4在矩形腔体3中激励起电流，并由四个耦合缝隙2在上表面扰动产生谐振，其物理尺寸决定了天线的工作频段和工作带宽，其特点是收集了四个缝隙单元的辐射能量，并由矩形波导腔4合成。
[0023]矩形波导腔4的矩形波导口采用标准波导尺寸，其馈入矩形腔体的位置为矩形腔体的几何中心，两几何体的中心及中心线重合，波导的长边、短边分别与腔体的长边与短边平行。
[0024]研究发现:按着上述天线结构尺寸配置，天线轴比小于3dB的带宽为15%，天线的辐射效率大于85%，带宽内增益大于16dB。此天线结构的特点是，实现了高效率圆极化天线，较适合应用于小口径卫星天线系统中。
[0025]本实用新型工作原理如下:当发射信号时，发射机将电磁型号通过波导同轴转换馈入到矩形波导中，在矩形腔体中聚集能量，并由耦合缝隙扰动上表面内臂电流，产生谐振电流，此振荡电流在椭圆辐射喇叭口中激励起某一旋向的圆极化电磁场，并辐射到自由空间。天线的发射与接收为互易过程。
【主权项】
1.波导缝隙耦合圆极化天线，包括天线基体(5)以及设置在天线基体(5)内的耦合缝隙(2)、矩形腔体(3)和矩形波导腔(4)，其特征在于:还包括椭圆辐射喇叭口(I)，椭圆辐射喇叭口(I)位于天线基体(5)内部，为2X2阵列形式排布，椭圆辐射喇叭口(I)的中心连线为正方形，且其上喇叭口与天线基体(5)的上表面齐平;每个椭圆辐射喇叭口(I)的底部均设有呈矩形条状的耦合缝隙(2)，耦合缝隙(2)的中心线与椭圆辐射喇叭口(I)的底部椭圆的长轴重合，且几何中心重合;矩形波导腔(4)的下波导口与天线基体(5)的下表面齐平;耦合缝隙(2)和矩形波导腔(4)通过矩形腔体(3)连接，矩形腔体(3)与矩形波导腔(4)的中心重合，矩形腔体(3)的长边与矩形波导腔(4)的长边相平行，矩形腔体(3)的短边与矩形波导的短边相平行。2.根据权利要求1所述的波导缝隙耦合圆极化天线，其特征在于:所述的椭圆辐射喇叭口(I)的椭圆长轴的长度为0.545λο，长短轴比值为1.18，纵向高度为0.125λο，四个椭圆辐射喇叭口( I)的间距为0.866λο;其中，λ。为中心频率对应的波长。3.根据权利要求2所述的波导缝隙耦合圆极化天线，其特征在于:所述的耦合缝隙(2)的长度为0.47λο，宽度为0.05λο;其中，λο为中心频率对应的波长。4.根据权利要求3所述的波导缝隙耦合圆极化天线，其特征在于:所述的矩形腔体(3)的长度为I.Uo，宽度为0.9λ0，纵向高度为0.254λ0;其中，λο为中心频率对应的波长。
【文档编号】H01Q13/10GK205595463SQ201620136271
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年2月24日
【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