[發(fā)明專利]一種漸變結(jié)構(gòu)寬帶諧振腔天線

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• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107482313A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設計）人: 冀璐陽;張若南;李彬
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q19/10
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司61227
• 代理人: 黃偉洪

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于諧振腔天線技術(shù)領域，尤其涉及一種漸變結(jié)構(gòu)寬帶諧振腔天線。

背景技術(shù)

目前的諧振腔天線由饋源、地板和反射覆層構(gòu)成。諧振腔天線屬于窄帶天線的范疇。由于反射覆層的反射幅度和相位都具有頻率選擇特性，諧振腔的諧振高度也隨頻率變化十分敏感，因此諧振腔天線的增益帶寬比較窄。

現(xiàn)階段拓展諧振腔天線增益帶寬的手段主要可以分為如下兩類：

現(xiàn)有技術(shù)一是優(yōu)化反射覆層的結(jié)構(gòu)。采用單元尺寸漸變的頻率選擇表面作為諧振腔天線的反射表面或地板，可以提高天線的增益并擴展其增益帶寬。這種方法通過將天線的輻射場由球面波轉(zhuǎn)化為平面波，從而達到展寬帶寬的目的。另外，采用多層介質(zhì)構(gòu)造反射覆層，可以使頻率-相位響應具有正斜率變化特性，以此拓展增益帶寬，但這種方法增加了諧振腔天線的剖面高度。采取以上兩種優(yōu)化反射覆層的方法都會使諧振腔天線的設計更加復雜，對增益帶寬性能的改善效果也比較有限。

現(xiàn)有技術(shù)二是用陣列天線作為饋源激勵諧振腔天線，使諧振腔內(nèi)的場分布更為均勻，實現(xiàn)更有效地輻射，從而展寬增益帶寬。由于諧振腔的饋源天線由單饋變?yōu)槎囵?，需要加載額外的功分饋電網(wǎng)絡，引入能量損耗降低了天線的輻射效率，使諧振腔天線失去了輻射效率高的優(yōu)點。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：現(xiàn)階段拓展諧振腔天線增益帶寬的方法對性能改善比較有限，不僅沒有充分利用諧振腔天線的內(nèi)部空間，還在很大程度上增加了天線的設計復雜度，降低了天線的輻射效率。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種漸變結(jié)構(gòu)寬帶諧振腔天線。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種漸變結(jié)構(gòu)寬帶諧振腔天線，所述漸變結(jié)構(gòu)寬帶諧振腔天線包括：

一個介質(zhì)反射覆層；

所述介質(zhì)反射覆層設置在距離金屬地板上方半個波長位置；

所述介質(zhì)反射覆層和金屬地板構(gòu)成一個諧振腔，U形縫隙貼片天線置于腔體內(nèi)部。

所述金屬地板正上方設置有高度漸變金屬楔形結(jié)構(gòu)。

進一步，所述介質(zhì)反射覆層是一塊尺寸略小于地板、厚度為1/4波導波長的FR4介質(zhì)板。

進一步，所述介質(zhì)反射覆層和金屬地板之間的腔體高度滿足工作頻率半個波長的整數(shù)倍。

進一步，所述饋源包括一個位于腔體中部的矩形貼片以及一個U形縫隙；矩形貼片和U形縫隙印刷在同一薄介質(zhì)基板的上表面，介質(zhì)基板的下表面與地板連接。

進一步，所述漸變金屬楔形結(jié)構(gòu)其邊緣形狀與金屬地板的邊緣形狀相同；金屬楔形結(jié)構(gòu)的高度逐漸增加；金屬楔形結(jié)構(gòu)的位置從饋源天線介質(zhì)基板處延伸至地板兩側(cè)終端。

本發(fā)明的優(yōu)點及積極效果為：

采用加載漸變金屬楔形結(jié)構(gòu)可以顯著改善諧振腔天線的增益帶寬。這種楔形結(jié)構(gòu)可以逐漸減小金屬地板與介質(zhì)反射覆層之間的腔體高度，補償不同反射路徑之間產(chǎn)生的相位差，從而改善輻射口徑的場分布，使透射電磁波在更寬的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)同相疊加。漸變金屬楔形結(jié)構(gòu)和金屬地板以鋁板作為板材，采用一體化加工，既沒有增加天線的重量、成本和設計復雜度，還充分利用諧振腔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)達到改善天線輻射性能的目的，使增益帶寬由11.3％增加到20.3％。

采用縮減反射覆層口徑尺寸的方法可以進一步提高諧振腔天線的增益帶寬?？趶捷^小的反射覆層可以增加波束的集束能力，實現(xiàn)更有效的輻射，使增益帶寬由20.3％提高到22.6％。

與傳統(tǒng)拓展諧振腔天線增益帶寬的手段相比，本發(fā)明提出的方法具有以下優(yōu)勢：

1、與現(xiàn)有技術(shù)一相比，本發(fā)明只需采用單層的反射覆層結(jié)構(gòu)，天線具有很低的平面輪廓和結(jié)構(gòu)輕便的優(yōu)點；現(xiàn)有技術(shù)一由于引入多層反射覆層結(jié)構(gòu)，通常天線的高度超過一個波長。本發(fā)明天線的剖面高度僅為半個波長；采用介質(zhì)反射覆層結(jié)構(gòu)，簡化了設計方法，易于加工和安裝，在提高諧振腔天線增益帶寬的同時保持其低剖面的特性。

2、與現(xiàn)有技術(shù)二相比，本發(fā)明只需通過同軸單點饋電，不需陣列天線作為饋源，從而省去了復雜饋電網(wǎng)絡的設計流程，消除了由饋電網(wǎng)絡引起的能量損耗。本發(fā)明采用加載漸變金屬楔形結(jié)構(gòu)和縮減反射覆層口徑尺寸等措施，補償了反射路徑之間的相位差，使諧振腔內(nèi)的場分布更加均勻，使天線的增益高于15dBi，3dB增益帶寬由11.3％提高到22.6％。

本發(fā)明在不影響諧振腔剖面高度和饋電復雜度的基礎上，可以顯著改善諧振腔天線輻射口徑的場分布，使諧振腔天線的增益帶寬提高了11.3％，并且這種方法對天線的阻抗帶寬和增益性能影響極小。

附圖說明