一種寬帶高效率平板天線的制作方法

本發明涉及通信和雷達平板天線領域，尤其是一種平板天線。

背景技術：

隨著現代無線通信事業的發展，對衛星通信天線的要求也越來越高，要求衛星通信天線具備重量輕、剖面低、性能高、便攜性等特點。傳統的拋物面天線由于其自身結構特點，不可能做到體積很小，而且拋物面天線由于其精度要求較高，因此對于拋物面天線，不可能將其天線面拆分成很多部分，而且這對于操作人員的技術要求比較高，如果裝配精度不達標，也會導致天線性能不達標，于是平板天線便應運而生了，平板天線相比于反射面天線，具有良好的機械強度性能，緊湊的天線結構，易于與射頻前段進行組合等優勢，以其尺寸小，重量輕，輪廓低，高效率，攜帶方便等優點，也越來越廣泛地應用到衛星、飛機、車輛及個人背負通信及雷達系統中。

然而市面上平板天線帶寬普遍較窄，在通信和雷達系統中的應用受到了限制。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，針對目前平板天線帶寬窄的不足，本發明提供了一種寬帶高效率平板天線。

本發明的寬帶高效率平板天線由4×4組2×2子陣組成，其中每個2×2子陣包含饋電層、諧振層和輻射縫隙層，其中饋電層的饋電網絡采用多級t-型結構e面波導級聯方式，饋電主波導末端為同軸波導轉換結構，每個t型結構都存在臺階和凹槽結構，凹槽寬度與t型結構的波導寬度相同，每個t型結構中的臺階位于t型結構主波導兩側，臺階關于主波導中心線相對稱，臺階初始為是一級臺階，當阻抗匹配無法滿足指標要求時，使用兩級臺階，如兩級臺階仍不能滿足天線指標要求，增加為三級，依次類推，直至多級臺階滿足天線指標，每個t型結構的凹槽位于t型結構主波導口面正對的分支波導壁上，饋電層末端為一對位于諧振層的諧振腔體，諧振腔體的中心線上有一個高度可調的隔板，饋電層末端諧振腔體的寬度與耦合縫隙的寬度相同，同時耦合縫隙的中心線和饋電層末端諧振腔體的中心線相對應，諧振腔中加入t型隔板形成c型腔體諧振結構，兩個諧振腔底部共用一個耦合縫隙，并與饋電層相接，耦合縫隙中心線和一對諧振腔體中心線相對應，輻射縫隙層中的輻射體為矩形方孔形的寬縫結構，寬縫結構以2×2的排布組成一個單元，并與它對應的諧振層和饋電層共同組成一個2×2子陣。

所述的寬帶高效率平板天線的2×2子陣中輻射縫隙層的矩形方孔形的寬縫結構的長度為0.6λ-0.85λ，寬度為0.35λ-0.5λ，其中λ為波長。

所述寬帶高效率平板天線的諧振腔中t型隔板的“t”型的橫向長度為0.5λ-0.65λ，t型隔板與橫向垂直的縱向長度為0.25λ-0.33λ。

所述寬帶高效率平板天線的耦合縫隙的長度為0.55λ-0.72λ，寬度為0.3λ-0.4λ。

本發明的有益效果是在諧振腔中加入t型隔板可以使得天線的帶寬更寬，提高帶寬可達30％以上；諧振腔中加入t型隔板可以突破諧振腔中截止波長的限制，使得低頻可以工作，減小諧振腔尺寸；饋電網絡使用e-面波導t-型節級聯的方式，t-型節中需要加入臺階減小波導窄邊尺寸從而增加波導波阻抗實現阻抗匹配；該設計中沒有斜面結構，更方便與普通機床加工，降低加工成本。

附圖說明

圖1本發明結構組成示意圖。

圖2為本發明分層結構示意圖。

圖3為本發明輻射縫隙層俯視圖。

圖4為本發明諧振腔體層俯視圖。

圖5為本發明耦合縫隙結構示意圖。

圖6為本發明網絡連接結構示意圖。

圖7為本發明2×2子陣單元示意圖。

圖8為本發明駐波比仿真結果圖。

其中，1-輻射縫隙，2-諧振腔體，3-耦合縫隙，4-饋電網絡，5-t型隔板，6-調諧隔板，7-同軸波導轉換臺階，8-同軸波導轉換凹槽，9-同軸波導轉換結構，10-e面波導t型結構，11-輻射縫隙層，12-諧振腔體耦合縫隙饋電網絡層，13-饋電網絡層，14-波導饋電口。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

本發明的寬帶高效率平板天線由4×4組2×2子陣組成，其中每個2×2子陣包含饋電層、諧振層和輻射縫隙層，其中饋電層的饋電網絡采用多級t-型結構e面波導級聯方式，饋電主波導末端為同軸波導轉換結構，每個t型結構都存在臺階和凹槽結構，凹槽寬度與t型結構的波導寬度相同，每個t型結構中的臺階位于t型結構主波導兩側，臺階關于主波導中心線相對稱，臺階初始為是一級臺階，當阻抗匹配無法滿足指標要求時，使用兩級臺階，如兩級臺階仍不能滿足天線指標要求，增加為三級，依次類推，直至多級臺階滿足天線指標，每個t型結構的凹槽位于t型結構主波導口面正對的分支波導壁上，饋電層末端為一對位于諧振層的諧振腔體，諧振腔體的中心線上有一個高度可調的隔板，饋電層末端諧振腔體的寬度與耦合縫隙的寬度相同，同時耦合縫隙的中心線和饋電層末端諧振腔體的中心線相對應，諧振腔中加入t型隔板形成c型腔體諧振結構，兩個諧振腔底部共用一個耦合縫隙，并與饋電層相接，耦合縫隙中心線和一對諧振腔體中心線相對應，輻射縫隙層中的輻射體為矩形方孔形的寬縫結構，寬縫結構以2×2的排布組成一個單元，并與它對應的諧振層和饋電層共同組成一個2×2子陣。

所述的寬帶高效率平板天線的2×2子陣中輻射縫隙層的矩形方孔形的寬縫結構的長度為0.6λ-0.85λ，寬度為0.35λ-0.5λ，其中λ為波長。

所述寬帶高效率平板天線的諧振腔中t型隔板的“t”型的橫向長度為0.5λ-0.65λ，t型隔板與橫向垂直的縱向長度為0.25λ-0.33λ。

所述寬帶高效率平板天線的耦合縫隙的長度為0.55λ-0.72λ，寬度為0.3λ-0.4λ。

本發明所提供的平板天線采用2×2子陣為一個設計單元及三層結構的方案。

如圖1所示，此寬帶平板天線陣列自上而下包括：輻射縫隙層，帶有t型隔板的諧振腔體，耦合縫隙和饋電網絡。饋電網絡末端有隔板進行阻抗匹配，前端有同軸波導轉換。同軸波導轉換結構中含有臺階和凹槽結構滿足寬帶寬需求。

如圖2所示，實際加工中，天線包含三層，自上而下分別為：第一層輻射縫隙層，第二層包括諧振腔體層，耦合縫隙層和饋電層，第三層為饋電網絡層。

如圖3所示，輻射縫隙層為矩形的方孔，2×2個組成一個單元，與圖4中的諧振腔體層相對應。

諧振腔體層中兩個矩形腔體組成一個單元，中心線和2×2矩形縫隙中心線對應。諧振腔體層中有t型隔板將矩形腔體轉變為c型諧振腔體。

兩個諧振腔體層的底部對應一個耦合縫隙，如圖5所示，耦合縫隙中心線和一對諧振腔體中心線相對應。

耦合縫隙對應下面一個饋電結構，如圖6所示，耦合縫隙寬度和饋電網絡末端寬度相同。

饋電網絡末端有一個擋板用于阻抗匹配，同時饋電網絡波導寬度相對于末端要窄一些用于阻抗匹配。

如圖7所示，每個單元的饋電口在側面，通過一個波導彎接頭相連。圖8為該平板陣列的仿真駐波圖，可以看出該天線可以覆蓋10.7-14.5ghz的頻帶范圍，相對帶寬可達30％。

饋電網絡前端，有一個同軸波導轉換結構，將波導饋電轉化為sma同軸饋電。同軸波導轉換結構中有一個臺階和凹槽結構進行寬帶阻抗匹配。