径向线馈电介质谐振天线阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种径向线馈电介质谐振天线阵列，包括表面开缝径向线波导(1)、馈电探针(2)、介质谐振天线阵列(3)；表面开缝径向线波导(1)包括上层开缝金属板(1a)和下层金属底板(1b)，馈电探针(2)包括金属棒(2a)及与金属棒(2a)连接的无线电天线接头(2b)，馈电探针(2)位于表面开缝径向线波导(1)的轴心位置，无线电天线接头(2b)一端伸出表面开缝径向线波导(1)外部，介质谐振天线阵列(3)位于上层开缝金属板(1a)的正上方，介质谐振天线阵列(3)包括多个单元介质谐振器。本发明专利技术提供的径向线馈电介质谐振天线阵列采用单一馈电方式实现线极化或圆极化电磁波辐射，构造简单并获得了高增益及高口径效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波通信领域，更具体涉及一种单一馈电的径向线波导激励介质谐振天线阵列。
技术介绍
介质谐振天线具有高辐射效率、低损耗、体积小和设计自由度大等优点，所以被广泛的研究并应用到实际工作中。目前，介质谐振器组成的天线阵的馈电方式有探针耦合矩形波导内的能量馈电、基片集成波导上开缝馈电、从介质波导上耦合能量和微带贴片耦合馈电等。其中，探针耦合馈电方式每个阵列单元需要一个探针，且需要调节每个探针深入波导的距离以调整耦合度；基片集成波导开缝馈电和从介质波导耦合能量的馈电方式均主要工作于高频情况，低频没有较大优势。当阵元数较多高增益工作时，采用微带贴片耦合馈电方式，会由于微带线的增加而造成馈电上的损耗。目前常用的微波通信高增益天线为喇叭天线、微带天线阵列、反射阵天线和径向线天线，其中喇叭天线和反射阵天线尺寸很大且易受环境影响，微带天线阵列作为高增益天线应用时馈电损耗和介质损耗比较严重，导致天线效率降低。径向线天线作为高增益天线得到了广泛的研究，研究的主要方向是优化口径上缝隙的分布和缝隙长度以增强天线的效率，使用其他类型天线加载径向线天线从而优化辐射增益、口径效率和辐射效率的研究较少。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种高增益的径向线馈电介质谐振天线阵列。基于上述目的本专利技术提供的径向线馈电介质谐振天线阵列，包括表面开缝径向线波导、馈电探针、介质谐振天线阵列。表面开缝径向线波导包括上层开缝金属板、下层金属底板及中间的空气层，表面开缝径向线波导整体呈圆柱形结构，其高度小于二分之一波导波长。所述上层开缝金属板的上表面开有一系列缝隙，下层金属底板的中心处设有一通孔。馈电探针包括金属棒及与金属棒连接的无线电天线接头，馈电探针位于表面开缝径向线波导的轴心位置，无线电天线接头一端伸出表面开缝径向线波导外部，金属棒一端自所述下层金属底板中心的通孔深入表面开缝径向线波导内部。介质谐振天线阵列包括多个单元介质谐振器、位于上层开缝金属板的正上方。介质谐振天线阵列由所述馈电探针通过开缝径向线波导馈电。在一些实施方式中，所述介质谐振天线阵列的排列方式与上层开缝金属板表面缝隙的排列方式相同。在一些实施方式中，调整所述介质谐振天线阵列单元及所述上层开缝金属板缝隙的排列方式，径向线馈电介质谐振天线阵列辐射线极化或圆极化电磁波。在一些实施方式中，表面开缝径向线波导还包括波导侧壁，波导侧壁为圆柱面金属板结构，与上层开缝金属板及下层金属底板构成一个圆柱形波导。在一些实施方式中，表面开缝径向线波导还包括介质层，介质层由圆柱状的低介电常数的介电材料构成，填充于表面开缝径向线波导以及介质谐振天线阵列的空隙。在一些实施方式中，上层开缝金属板靠近侧壁的缝隙(或缝隙单元)距离表面径向线波导的圆柱面或侧壁四分之一波导波长。在一些实施方式中，所述表面开缝径向线波导的上层开缝金属板的缝隙按照多圈环形方式排列，就每一圈而言，缝隙长边的倾角以相同的速率按次序逐个增大或减小，即：一圈中，令某一缝隙的倾角为β，则与该缝隙相邻的一对缝隙的倾角为β±α，与该对缝隙相邻的下一对缝隙的倾角为β±2α，依次类推；且所述α值与该圈缝隙的数量成反比。在一些实施方式中，介质谐振天线阵列为二维平面阵列或三维立体阵列；所述介质谐振天线阵列的阵列单元可采用单一介质谐振器或者多个介质谐振器堆叠或组合构成，所述介质谐振器可为立体矩形、圆柱形或其他形状。在一些实施方式中，介质谐振天线阵列的单元介质谐振器，可根据需要选用适合介电常数的介电材料。在一些实施方式中，馈电探针为圆柱状、圆锥状或其他形状。从上面所述可以看出，本专利技术提供的径向线馈电介质谐振天线阵列采用单一馈电径向线波导的方式整个激励介质谐振天线阵列，解决了阵列天线多馈电端的构造复杂的问题，并获得了高增益、高口径效率。通过调整缝隙以及介质谐振天线阵列的排列方式，即可获得线极化或者圆极化的天线性能。附图说明图1为本专利技术提供的径向线馈电介质谐振天线阵列实施例的主视剖面图；图2为本专利技术提供的径向线馈电介质谐振天线阵列实施例1的单元介质谐振器的线极化排列方式示意图；图3为本专利技术提供的径向线馈电介质谐振天线阵列实施例2的单元介质谐振器的圆极化排列方式示意图；图4本专利技术提供的径向线馈电介质谐振天线阵列实施例的介质谐振器单元与其馈电缝隙的结构示意图；图5为本专利技术提供的径向线馈电介质谐振天线阵列实施例1的介质谐振天线阵列单元的排列结构图；图6a为本专利技术实施例1的径向线馈电介质谐振天线阵列在5GHz工作频率上三维球坐标中面上θ从-180°至180°的主极化和交叉极化场分量的归一化辐射方向图；图6b为本专利技术实施例1的径向线馈电介质谐振天线阵列的5GHz工作频率上三维球坐标中面上θ从-180°至180°的主极化场分量和交叉极化场分量的归一化辐射方向图；图7为本专利技术提供的径向线馈电介质谐振天线阵列实施例2的介质谐振天线阵列单元的排列结构图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1及图2所示，所述的径向线馈电介质谐振天线阵列，包括表面开缝径向线波导1、馈电探针2、介质谐振天线阵列3及介质层4。表面开缝径向线波导1包括上层开缝金属板1a、下层金属底板1b及波导侧壁1c。表面开缝径向线波导1整体呈圆柱形结构，其高度小于二分之一波导波长。上层开缝金属板1a的上表面开有一系列缝隙，介质谐振天线阵列3位于上层开缝金属板1a的正上方。介质谐振天线阵列3由若干个单元介质谐振器组成，每个缝隙正上方布置有一个介质谐振器，因此单元介质谐振器的排列方式与上层开封金属板1a的缝隙排列方式相同，其排列方式可参见图2及图3。馈电探针2包括金属棒2a及与金属棒2a连接的无线电天线接头2b。馈电探针2位于表面开缝径向线波导1的轴心位置，下层金属底板1b的中心处设有一通孔，无线电天线接头2b一端自所述下层金属底板1b中心的通孔伸出表面开缝径向线波导1外部与馈电同轴电缆相连；金属棒2a深入表面开缝径向线波导1激励波导。介质层4由圆柱状的低介电常数的介电材料构成，填充于表面开缝径向线波导1以及介质谐振天线阵列3的空隙。介质谐振天线阵列3由所述馈电探针2通过表面开缝径向线波导1馈电。馈电探针2连接无线电天线接头2b，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种径向线馈电介质谐振天线阵列，其特征在于，包括表面开缝径向线波导(1)、馈电探针(2)、介质谐振天线阵列(3)；表面开缝径向线波导(1)包括上层开缝金属板(1a)、下层金属底板(1b)及中间的空气层，表面开缝径向线波导(1)整体呈圆柱形结构，其高度小于二分之一波导波长，所述上层开缝金属板(1a)的上表面开有一系列缝隙，下层金属底板(1b)的中心处设有一通孔，馈电探针(2)包括金属棒(2a)及与金属棒(2a)连接的无线电天线接头(2b)，馈电探针(2)位于表面开缝径向线波导(1)的轴心位置，无线电天线接头(2b)一端自所述下层金属底板(1b)中心的通孔伸出表面开缝径向线波导(1)外部，金属棒(2a)一端深入表面开缝径向线波导(1)内部，介质谐振天线阵列(3)包括多个单元介质谐振器、位于上层开缝金属板(1a)的正上方；介质谐振天线阵列(4)由所述馈电探针(2)通过开缝径向线波导(1)馈电。

【技术特征摘要】
1.一种径向线馈电介质谐振天线阵列，其特征在于，包括表面开缝径向
线波导(1)、馈电探针(2)、介质谐振天线阵列(3)；
表面开缝径向线波导(1)包括上层开缝金属板(1a)、下层金属底板
(1b)及中间的空气层，表面开缝径向线波导(1)整体呈圆柱形结构，其高
度小于二分之一波导波长，所述上层开缝金属板(1a)的上表面开有一系列
缝隙，下层金属底板(1b)的中心处设有一通孔，馈电探针(2)包括金属棒
(2a)及与金属棒(2a)连接的无线电天线接头(2b)，馈电探针(2)位于
表面开缝径向线波导(1)的轴心位置，无线电天线接头(2b)一端自所述下
层金属底板(1b)中心的通孔伸出表面开缝径向线波导(1)外部，金属棒
(2a)一端深入表面开缝径向线波导(1)内部，介质谐振天线阵列(3)包
括多个单元介质谐振器、位于上层开缝金属板(1a)的正上方；介质谐振天
线阵列(4)由所述馈电探针(2)通过开缝径向线波导(1)馈电。
2.根据权利要求1所述的径向线馈电介质谐振天线阵列，其特征在于，
介质谐振天线阵列(3)的排列方式与上层开缝金属板(1a)表面缝隙的排列
方式相同。
3.根据权利要求1或2所述的径向线馈电介质谐振天线阵列，其特征在
于，调整所述介质谐振天线阵列单元及所述上层开缝金属板(1a)上缝隙的
排列方式，径向线馈电介质谐振天线阵列辐射线极化或圆极化电磁波。
4.根据权利要求3任意一项所述的径向线馈电介质谐振天线阵列，其特
征在于，表面开缝径向线波导(1)还包括波导侧壁(1c)，波导侧壁1c为圆
柱面金属板结构，与上层开缝金属板(1a)及下层金属底板(1b...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元安，苏明，原琳，黎淑兰，于翠屏，吴永乐，王卫民，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11