專利名稱：一種高增益高效率平板天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高增益高效率平板天線，屬于衛星通信平板天線的技術領域。
背景技術：
平板天線具有重量輕、體積小、占用空間少、風阻小、效率高等優勢，平板天線相對于拋物面天線等其它形式的天線來說具有較高的效率，增益較高，體積小，但目前平板天線的效率在75% 80%之間，從技術層面較難突破效率80%，以實現更高的效率。現有的平板天線結構多樣，但多數僅滿足近距離通信的技術條件例如，中國專利申請CN101752655A公開了一種平板天線，包括一基板、多個天線本體以及一金屬層。所述多個天線本體設置在基板的一表面，且金屬層設置在基板的另一表面。金屬層具有多個凹槽，分別穿插在所述多個天線本體之間。所述多個天線本體局部地對應于金屬層，并用以配合具有兩個以上的多路徑傳輸的一通信系統來同時發射并接收電磁信號。但是該專利申請的工作頻率較低2. 4GHz，雖然體積較小，但是整個平板天線的增益不高，實際應用中僅僅滿足近距離信號傳輸的要求，應用領域受限。例如，中國專利申請CN101005156公開了一種高增益寬頻帶的平板天線，用以解決傳統天線結構上無法運用于高增益寬頻帶的問題，本發明的平板天線包括微波基板，具有第一表面及第二表面；第一對稱型輻射單元，配置于該第一表面上，且該第一對稱型輻射單元具有第一輻射部與第二 輻射部；第二對稱型輻射單元，配置于該第二表面上，且該第二對稱型輻射單元具有第三輻射部與第四輻射部；及至少一個連接單元，連接該微波基板及反射板。其中該第一輻射部、該第二輻射部、第三輻射部及第四輻射部的末端采用步階結構的設計方法。通過本發明的平板天線結構設計，能實現高增益寬頻帶的目的。該專利所述的平板天線體積小、帶寬大，但是其自身增益僅滿足近距離的通信需求，對于遠距離通信增益還是不夠；而且該專利也不利于組陣以實現更高的增益。例如，中國專利CN101483271公開了一種平板天線，包含一介質層、一輻射金屬層及一接地金屬層。該介質層由絕緣材料制成，具有一上表面、一下表面及一貫孔。該輻射金屬層被覆于該介質層的上表面，具有一第一片體、一與該貫孔對應的第一穿孔，以及一由該第一片體的第一穿孔周緣往該貫孔內延伸的第一凸伸部。該接地金屬層被覆于該介質層的下表面，具有一第二片體、一與該貫孔對應的第二穿孔，以及一由該第二片體的第二穿孔周緣往該貫孔內延伸的第二凸伸部，并且該第一凸伸部與該第二凸伸部在該貫孔內相接觸，使該輻射金屬層與該接地金屬層形成電連接。該專利中所述的平板天線雖然增益較高，加工設計簡單，但是帶寬較窄，使用微波介質板效率低。例如，中國專利CN101640309公開了一種平板天線結構，包括第一金屬片、中間
層、金屬環及第二金屬片。其中中間層包括第一孔洞，中間層設置在第一金屬片之上并與第一金屬片連結；金屬環穿過第一孔洞與第一金屬片連結；且第二金屬片包括第二孔洞，第二金屬片與金屬環連結，第二金屬片與第一金屬片連結，且中間層與金屬環被第一金屬片及第二金屬片包覆。借此，第二金屬片可借由金屬環與第一金屬片電性導通，第一金屬片及第二金屬片間形成諧振腔，且借由改變第一孔洞及金屬環的直徑可調整天線的特性。該專利所述的平板天線設計調試較為簡單，但其結構復雜，難以加工，增益較低，使用了介質板效率低。例如，中國專利CN101719596A公開了本發明提供了一種單饋源周期溝槽縫隙平板天線。該天線由接地板和縫隙饋源兩側加載的若干周期排布溝槽結構組成，且縫隙與鄰近溝槽間的距離小于溝槽周期。與傳統的周期溝槽結構輻射機理不同，溝槽處的電場與縫隙處的電場相位相反，不能再把溝槽處看作為二次輻射源。此時，天線表面產生了另一種新穎的電磁振蕩模式-兩個相鄰溝槽整體作為一個次級輻射源，向空間輻射能量。該新型天線不僅具有結構更加緊湊，設計更靈活的特點，與溝槽數相同的傳統溝槽縫隙天線相t匕，本發明的H面壓縮角更小，天線增益也有一定提高。該專利所述的平板天線較普通天線尺寸小，增益高，但是設計調試復雜
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種高增益高效率平板天線。本發明的技術方案如下一種高增益高效率平板天線，包括按照電磁波傳播方向依次設置的饋電層、耦合層、諧振腔層和輻射層；所述的輻射層包括多個輻射單元，每個輻射單元中包括異形輻射器和與異形輻射器相對的輻射縫；所述異形輻射器包括雙曲面結構部分和圓錐桶結構部分，所述雙曲面的函數是
權利要求
1.一種高增益高效率平板天線，包括按照電磁波傳播方向依次設置的饋電層、耦合層、諧振腔層和輻射層；其特征在于，所述的輻射層包括多個輻射單元，每個輻射單元中包括異形輻射器和與異形輻射器相對的輻射縫；所述異形輻射器包括雙曲面結構部分和圓錐桶結構部分，所述雙曲面的函數是x(t)=0，y(t)=t (/) = Vfif2 +a2f Ib2 ；t e (_22mm，22mm), a=18, b=10 ;所述圓錐桶結構部分包括側壁和底面,所述側壁與底面之間的夾角α=19. 7°。所述雙曲面的頂點與所述圓錐桶的底面相切，所述雙曲面的頂點集合成的直線與所述圓錐桶的底面的直徑重合；所述雙曲面與圓錐桶相交形成異形邊緣，所述異形邊緣以上部分為所述雙曲面結構部分，所述異形邊緣以下為圓錐桶結構部分。
2.根據權利要求1所述的一種高增益高效率平板天線，其特征在于，所述每個輻射單元包括16個異形輻射器，所述16個異形輻射器按照4行X4列的排列方式設置在所述輻射層上。
3.根據權利要求2所述的一種高增益高效率平板天線，其特征在于，所述諧振腔層包括多個諧振腔單元，所述每個諧振腔單元包括4個諧振腔，所述4個諧振腔按照2行X 2列的排列方式設置在所述諧振腔層上；所述每個諧振腔與所述輻射層上4個異形輻射器對齊。
4.根據權利要求3所述的一種高增益高效率平板天線，其特征在于，所述耦合層包括多個耦合單元，所述每個耦合單元包括4個耦合孔，所述4個耦合孔按照2行X 2行的排列方式設置在所述耦合層上；所述每個耦合孔與所述諧振腔層上的I個諧振腔對齊。
5.根據權利要求4所述的一種高增益高效率平板天線，其特征在于，所述饋電層包括多個饋電單元，每個饋電單元包括I個饋電網絡，所述饋電網絡與所述耦合層上的I個耦合單元對齊。
6.根據權利要求5所述的一種高增益高效率平板天線，其特征在于，所述每個饋電單元中的饋電網絡包括3個相互級聯的T形波導，在其中所述2個T形波導上設置有4個耦合縫，在另一個T形波導上設置有饋電口，所述4個耦合縫分別與所述耦合單元上的4個耦合孔對齊。
全文摘要
本發明公開了一種高增益高效率平板天線，包括按照電磁波傳播方向依次設置的饋電層、耦合層、諧振腔層和輻射層；所述的輻射層包括多個輻射單元，輻射層包括結構新穎的異形輻射器，電磁波由異形輻射器向空間輻射，異形輻射器是由雙曲面切割圓錐桶形成，使電磁波沿異形輻射器的雙曲面結構部分等幅同相的輻射出去，并且所述異形輻射器的雙曲面結構部分也能減弱相鄰異形輻射器的相互電磁干擾。本發明打破現有平板天線設計結構的思維模式，經過大量的實驗仿真設計出本發明獨特結構的衛星平板天線，使整個平板天線的結構緊湊、剖面低、增益高，實現了現有衛星平板天線高效率、帶寬大、小尺寸的技術要求，其平板天線的效率提高達85%以上。
文檔編號H01Q13/10GK103066383SQ20121055999
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者唐文成, 薛麗麗, 郭希濤, 劉冰 申請人:山東國威衛星通信有限公司