单极化多波束空馈天线制造技术

单极化多波束空馈天线，包括平板波导、馈源阵和相移结构；其中，平板波导工作在基本模式；馈源阵和相移结构位于平板波导内；馈源阵发出的电磁波，其极化垂直于平板波导的上、下表面；天线的每个馈源仅照射相移结构的一部分，且相移结构可提供合适的补偿相位；从馈源阵的一端向另一端，各馈源依次照射相移结构时，可分别得到出射方向不同、增益一致性较好的扇形波束；本发明专利技术首次提出了可出射扇形波束的单极化空馈天线；天线具有波束覆盖角度范围宽、结构简单易加工等特点。

One dimensional single polarized multibeam air fed antenna

One dimensional single polarization multi beam space fed antenna, including slab waveguide, feed array and phase shift structure; the planar waveguide work in basic mode; feed array and phase shift structure in planar waveguide; electromagnetic wave emitted by the feed array, the polarization perpendicular to the planar waveguide of the upper and lower surface of each antenna; only a part of the structure of the irradiation phase shift, and phase shift structure can provide phase compensation right; from one end to the other end of the feed array, each in turn feed irradiation phase shift structure, can be obtained from different direction, gain consistent fan beam; the invention is put forward for the first time can exit the sector the one-dimensional beam space fed antenna; antenna has the characteristics of wide angle beam coverage, simple structure and easy processing etc..

【技术实现步骤摘要】
一维单极化多波束空馈天线
本专利技术属于无线通信技术的天线
，特别涉及一种一维单极化多波束空馈天线。
技术介绍
多波束天线技术在通信和雷达中均具有重要的应用。传统的多波束天线为相控阵天线，然而由于使用了复杂的馈电网络和T/R组件，相控阵天线的损耗较高，设计加工复杂度较大。之后，研究人员将巴特勒矩阵应用在天线的馈电网络中，在无需有源结构的情况下，实现宽覆盖范围的多波束天线。然而，馈电网络的损耗会限制天线设计的最大增益。空馈天线由于不使用馈电网络，仅利用电磁波在空间中的传播进行能量分配，适用于设计高增益天线。然而，在目前已有的空馈天线设计中，仅有二维平面、产生针状波束的结构。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有扇形波束方向图的一维单极化多波束空馈天线。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一维单极化多波束空馈天线，包括：平板波导，为由一个侧边金属板、一个顶层金属板和一个底层金属板构成的半开放结构；所述侧边金属板与顶层金属板和底层金属板垂直；所述顶层金属板与底层金属板平行；馈源阵，为由若干个等间距排布的馈源构成的一维直线阵列；所述馈源阵用于照射所述相移结构；相移结构，为具有移相功能的透射结构；所述相移结构位于顶层金属板和底层金属板之间；所述平板波导工作在基本模式，即电磁波在平板波导内以TEM模式传播。所述馈源阵位于顶层金属板和底层金属板之间，靠近侧边金属板一侧，相移结构位于远离侧边金属板的一侧，馈源发出的电磁波极化垂直于顶层金属板和底层金属板表面。所述相移结构，可通过调节结构中的某些参数(结构尺寸，介质介电常数等)，使其在工作频点处具有高透射幅度(透射幅度大于-3dB)和宽透射相移范围(透射相移范围大于90度)的性能。所述馈源仅照射相移结构的一部分，并产生扇形波束方向图。从馈源阵2的一端向另一端，各馈源4依次照射相移结构3时，可分别得到出射方向不同、增益一致性较好的扇形波束。本专利技术首次提出了可出射扇形波束的一维空馈天线，且天线具有波束覆盖角度范围宽，结构简单易加工等特点。附图说明图1表示本专利技术第一实施实例的三维结构示意图。图2表示图1中A位置局部放大视图。图3表示本专利技术第一实施实例中，第1个馈源被激励时，相移结构上能量分布情况。图4表示本专利技术第一实施实例中，第4个馈源被激励时，相移结构上能量分布情况。图5表示本专利技术第一实施实例中，第1个馈源或第8个馈源被激励时，实施实例的E面方向图。图6表示本专利技术第一实施实例中，第4个馈源或第5个馈源被激励时，实施实例的E面方向图。图7表示本专利技术第一实施实例中，第1个馈源至第8个馈源依次分别被激励时，实施实例的H面方向图。图8表示本专利技术第二实施实例的三维结构示意图。图9表示图8中A位置局部放大视图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术第一个实施例的技术方案实现方式如图1所示：天线工作中心频率为5.8Ghz，整体结构关于Y轴对称；天线由平板波导1、馈源阵2和相移结构3组成；其中，平板波导1为由一个侧边金属板11、一个顶层金属板12和一个底层金属板13构成的半开放结构；侧边金属板11长为500mm，高为25mm；顶层金属板12和底层金属板13尺寸相同，长均为500mm，宽均为183mm；馈源阵2和相移结构3位于平板波导1内；馈源阵2由8个馈源4组成，编号分别为#1、#2、#3、#4、#5、#6、#7、#8。馈源4发出的电磁波，极化垂直于平板波导1的顶层金属板12和底层金属板13表面；平板波导1工作在基本模式，馈源4发出的电磁场在平板波导1中以TEM模式传播；馈源4发出的电磁波能量主要集中在部分相移结构3上。本专利技术第一个实施例的馈源4如图2所示，其采用探针41馈电形式；探针41高为11mm；平板波导1的侧边金属板11与隔板42组成背腔，约束从馈源4发射出的电磁波的能量分布；隔板42宽为14mm，高为25mm；相邻隔板42之间的距离为34mm。本专利技术第一个实施例的第1个馈源4发射出的电磁波，能量主要分布在相移结构3的一半，且位于最左边，如图3所示；本专利技术第一个实施例的第4个馈源4发射出的电磁波，能量主要分布在相移结构3的一半，且靠近左边，如图4所示；相移结构3中心与侧边金属板11距离为173mm；相移结构3之间的间距为25mm；相移结构3从+X轴沿-X轴方向，位于+X轴处相移结构3的补偿相位依次为-67°、-39°、0°、-279°、-178°、-55°、-270°、-105°、-258°、-40°。根据以上方式设计的天线，当本专利技术第一个实施例的第1个馈源4或第8个馈源4被激励时，实施实例的E面方向图如图5所示；当本专利技术第一个实施例的第4个馈源或第5个馈源被激励时，实施实例的E面方向图如图6所示。随着馈源4被激励的端口位置从外侧向中心移动，E面方向图逐渐变宽；当本专利技术第一实施实例的第1个馈源至第8个馈源依次分别被激励时，实施实例的H面方向图如图7所示，8个波束覆盖角度达到±42°。本专利技术第二个实施例的技术方案实现方式如图8所示：天线由平板波导1、馈源阵2和相移结构3组成；其中，平板波导1为由一个侧边金属板11、一个顶层金属板12和一个底层金属板13构成的半开放结构；馈源阵2和相移结构3位于平板波导1内；馈源阵2由多个馈源4组成，馈源4发出的电磁波，极化垂直于平板波导1的顶层金属板12和底层金属板13表面；平板波导1工作在基本模式，馈源4发出的电磁场在平板波导1中以TEM模式传播；馈源4发出的电磁波能量主要集中在部分相移结构3上；实施例的结构关于y轴对称。本专利技术第二个实施例的馈源4采用波导馈电形式，如图9所示。综上，本专利技术提出了一种具有扇形波束方向图的一维单极化多波束空馈天线，其具有波束覆盖角度范围宽、结构简单易加工等特点，在未来希望应用于第五代移动通信基站天线。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一维单极化多波束空馈天线，其特征在于，包括：平板波导(1)，为由一个侧边金属板(11)、一个顶层金属板(12)和一个底层金属板(13)构成的半开放结构；所述侧边金属板(11)，与顶层金属板(12)和底层金属板(13)垂直；所述顶层金属板(12)与底层金属板(13)平行；相移结构(3)，位于顶层金属板(12)和底层金属板(13)之间，为具有改变电磁波透射相位功能的透射结构；馈源阵(2)，用于照射所述相移结构(3)，为由若干个等间距排布的馈源(4)构成的一维直线阵列。

【技术特征摘要】
1.一维单极化多波束空馈天线，其特征在于，包括：平板波导(1)，为由一个侧边金属板(11)、一个顶层金属板(12)和一个底层金属板(13)构成的半开放结构；所述侧边金属板(11)，与顶层金属板(12)和底层金属板(13)垂直；所述顶层金属板(12)与底层金属板(13)平行；相移结构(3)，位于顶层金属板(12)和底层金属板(13)之间，为具有改变电磁波透射相位功能的透射结构；馈源阵(2)，用于照射所述相移结构(3)，为由若干个等间距排布的馈源(4)构成的一维直线阵列。2.根据权利要求1所述一维单极化多波束空馈天线，其特征在于，所述平板波导(1)工作在基本模式，即电磁波在平板波导(1)内以TEM模式传播。3.根据权利要求1所述一维单极化多波束空馈天线，其特征在于，所述馈源阵(2)位于顶层金属板(12)和底层金属板(13)之间，馈源(4)发出的电磁波极化垂直于顶层金属板(12)和底层金属板(13)表面。4.根据权利要求1所述一维单极化多波束空馈天线，其特征在于，通过调节所述相移结构(3)中的参数，使其在工作频点处具有透射幅度大于-3dB的高透...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯岳峰，李越，张志军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11