[發明專利]一種平板透射式聚焦天線

無效

• 申請號: 201010169456.2
• 申請日: 2010-05-07
• 公開（公告）號: CN102237573A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 曹揚;李宏強;魏澤勇;武超;樊元成;余興;韓縉;張冶文;陳鴻
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01Q19/00
• 分類號: H01Q19/00;H01Q19/02;H01Q9/30;H01Q13/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明涉及一種天線，尤其是一種可用于微波通訊領域的平板透射式聚焦天線。

背景技術

具有高方向性的電磁波波束可以實現遠距離傳輸和精確定位，因此高方向性的天線在微波通訊領域具有廣泛的應用前景。

微帶天線通過設計每個單元的輻射位相實現高定向電磁輻射，但是其工作頻率一般很窄，輻射效率也很低下。漏波天線以及喇叭波紋天線也是通過設計每一個輻射單元的輻射相位達到高定向輻射，其發射功率通常可以很大，但是通常只有單頻工作。微波準直天線也可以采用寬頻帶高功率的反射式天線，拋物面天線是一種應用廣泛的反射式高定向天線。拋物面天線由拋物面反射器和位于其焦點處的饋源組成，分為發射天線和接收天線兩種。發射天線由饋源發出的電磁波經拋物面反射后，成方向性很強的平面波束向空間輻射。接收天線由拋物面反射器將垂直信號反射收集到饋源。但是這種反射式的準直器體積較大，并且要求饋源嚴格位于拋物面反射器的焦點上，饋源結構對反射波束的遮擋要小，反射面的加工精度要求較高，加工成本比較高昂。這大大限制了它的應用范圍。

發明內容

本發明的目的是提供一種平板透射式聚焦天線，其可以實現高透射效率寬頻帶的波束準直以及高定向輻射，且采用沖孔薄板結構，制作簡單，成本低廉。

本發明平板透射式聚焦天線需包含微波饋源和金屬薄板，金屬薄板具有三角晶格形式的周期小孔陣列，微波饋源通過小孔透射形成高定向天線。小孔陣列的周期需等于中心工作波長的0.8-1.2倍，小孔的直徑等于陣列周期的0.1倍到1倍，對工作頻帶的寬窄起到調節作用，與傳統的微帶定向天線和漏波天線的單頻工作相比，本發明最大具有30％的工作頻率帶寬。三角晶格具有平面晶格中最高的對稱性，因而具有獨特的超透射性質，可在寬頻帶內實現高透射效率的波束準直，以及高定向輻射。金屬薄板的厚度小于工作波長的五分之一，可以是各種普通金屬，如鋁、銅等，可根據制作成本和力學、熱學性能等要求任意選擇。

微波饋源可以是喇叭天線、普通的偶極子天線、單極子天線或其他基本的微波饋源，與打孔的金屬薄板組成天線的基本構成。喇叭天線可用安裝在距離金屬薄板1～100個波長范圍內，與拋物面天線相比，饋源安裝很簡單，不需要嚴格安裝在拋物面焦點位置，透射式結構避免了饋源對接受或者發射信號的阻擋。饋源如果選擇偶極子天線或單極子天線等點源饋源可用粘貼固定材料固定在貼近金屬薄板表面中心空氣孔洞的上方，可發射高定向的電磁波輻射。

由于采用了上述方案，本發明平板透射式聚焦天線具有以下優點：

1、由平面結構組成，利用具有最高對稱性三角陣列小孔實現高定向輻射和波束準直，厚度超薄，結構簡單，成本低廉。

2、不需要對饋源精確定位，透射式結構避免了饋源對發射或者接受電磁波波束的影響。

3、工作頻帶寬度可調，最高可達到工作中心頻率的30％。

附圖說明

圖1顯示為本發明的結構示意圖。

圖2顯示為本發明第一實施例的俯視圖。

圖3是實驗測量的本發明第一實施例的電磁波輻射方向圖以及喇叭饋源的電磁波輻射方向圖。

圖4為數值仿真的本發明第二實施例的E面和H面輻射方向圖。

圖5為實驗測量的本發明第二實施例的E面和H面輻射方向圖。

1-金屬薄板；2-空氣小孔；3-偶極子天線或單極子天線或其他微波饋源。

具體實施方式

以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。

圖1、圖2顯示了本發明平板透射式聚焦天線第一實施例結構示意圖，第一實施例的金屬薄板由鋁板沖孔制成，鋁板的厚度為2mm，整個薄板的面積為0.5m×0.5m。空氣小孔為周期排列的三角晶格，周期為30mm，孔的直徑為15mm。饋源采用工作頻率在8.2-12.4GHz的喇叭天線，安裝在距離板面0.5m處。

圖3中的實線顯示了本發明平板透射式聚焦天線第一實施例在10.7GHz的測量輻射方向圖，圖中顯示E面和H面的3dB寬度分別為8.1°和5.9°，而虛線顯示了喇叭天線本身的輻射方向圖，其E面和H面的3dB寬度分別為22°和20.6°，通過實線與虛線的對比，本發明第一實施例有效的使喇叭天線輻射波束高效準直，增強了正方向的透射效率2.21倍。