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CN107359405A - 一种双端口馈电式阵列天线 - Google Patents

一种双端口馈电式阵列天线 Download PDF

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CN107359405A CN201710622625.5A CN201710622625A CN107359405A CN 107359405 A CN107359405 A CN 107359405A CN 201710622625 A CN201710622625 A CN 201710622625A CN 107359405 A CN107359405 A CN 107359405A
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高冲
段永强
刘扬
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CETC 54 Research Institute
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Abstract

本发明公开了一种双端口馈电式阵列天线，属于天线技术领域。其包括彼此连通的辐射腔和同轴腔，辐射腔的顶面上具有多个辐射端口，同轴腔具有两个互相垂直的波导输入端口，同轴腔在腔内中心处的底面上设有竖直的具有同轴特性的圆柱形探针，探针的底部设有两级匹配台阶，两级匹配台阶由与探针同轴的第一圆柱和第二圆柱组成，第一圆柱直接位于同轴腔的底面上，第二圆柱位于第一圆柱的顶面上。本发明既能避免缝隙开口耦合的加工难度，又能避免空气带线馈电的损耗问题，相对于现有技术是一个重大改进。

Description

一种双端口馈电式阵列天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是指一种双端口馈电式阵列天线。
背景技术
在传统的电子信息领域中，宽带多极化的阵列天线的实现方式由多种形式，具体表现为以下特点：
1、通过波导口直接馈电。该种方式的技术难度小，通过波导口直接给方波导进行馈
电，采用直通或者侧壁开缝进行耦合的方式，实现双极化信号传输。这种方式对波导开口和缝隙开口的精度要求较高，在频段较高的场合，其实现难度较大。
2、通过空气带线进行双极化馈电。这种方式的核心是波导到同轴馈电的转换，在波导辐射腔的底部设置反射腔，辐射波导的侧壁开口进行空气带线走线，实现微带馈电到波导辐射的转换。该方法由于采用了印制板工艺，在高频段具有较大的损耗，且对加工装配工艺的要求较严格。
3、波导与空气带线结合馈电。在该种体制中，根据天线的具体情况，一个极化端口采用波导馈电，另外一种极化端口为空气带线馈电，这种方式结合上述两种馈电方式特点，可以灵活应用馈电空间，是一种折中的方式。但是，这种方式在解决高频段传输损耗方面没有显著优势。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种双端口馈电式阵列天线，其能够将输入的两路互相垂直的波导信号无损地转化为同轴信号，并将信号通过多个辐射端口高效地辐射出去。
基于上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种双端口馈电式阵列天线，其包括彼此连通的辐射腔和同轴腔，辐射腔位于同轴腔的正上方，辐射腔的底面中心以及同轴腔的顶面中心均具有方形的连接口，辐射腔的顶面上具有多个辐射端口，同轴腔具有两个互相垂直的波导输入端口，同轴腔在腔内中心处的底面上设有竖直的具有同轴特性的圆柱形探针，探针的高度为1/6～1/4倍的波导波长，探针的半径为1/15～1/10倍的波导波长，探针指向辐射腔的中心，探针的底部设有两级匹配台阶，两级匹配台阶由与探针同轴的第一圆柱和第二圆柱组成，第一圆柱直接位于同轴腔的底面上，第二圆柱位于第一圆柱的顶面上，第二圆柱的直径小于第一圆柱的直径。
可选的，辐射端口为方形，且方形辐射端口的边长为0.6～0.8倍的波导波长。
可选的，辐射端口为圆形，且圆形辐射端口的直径为0.6～0.8倍的波导波长。
可选的，辐射端口呈矩形阵列式排布。
可选的，辐射腔和同轴腔之间通过方形的波导传输段连接，波导传输段的内壁边长为0.5～0.7倍的波导波长，波导传输段的高度为0.35～0.55倍的波导波长。
可选的，同轴腔的对应于两个波导输入端口的波导末端处的腔壁均为具有匹配功能的短路壁，短路壁的中心与探针的轴线之间的距离为0.48～0.52倍的波导波长。
可选的，第一圆柱的直径为0.5～0.7倍的波导波长，第一圆柱的高度为0.08～0.12倍的波导波长；第二圆柱的直径为0.3～0.4倍的波导波长，第二圆柱的高度为0.05～0.07倍的波导波长。
从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：
1、本发明采用同轴转换模式可有效提高天线的辐射效率。
2、本发明采用互相垂直的波导输入，可以通过调整输入信号的相位实现线极化或者圆极化。
3、本发明设计的实现方式可多样化，机械加工、焊接、注塑、铸造等均可以实现。
总之，本发明通过在同轴腔中设置同轴探针，并辅以台阶匹配层的方式，实现了波导信号到同轴信号的无损转换，既避免了缝隙开口耦合的加工难度，又避免了空气带线馈电的损耗问题，相对于现有技术是一个重大改进。
附图说明
为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。需要注意的是，这些附图可以给出也可以不给出一些在本专利文字部分已有描述且属于本领域普通技术人员公知常识的具体细节；并且，因为本领域的普通技术人员完全可以结合本专利已公开的文字内容和/或附图内容，在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，因此下面这些附图可以涵盖也可以不涵盖本专利文字部分所叙述的所有技术方案。此外，这些附图的具体内涵需要结合本专利的文字内容予以确定，当本专利的文字内容与这些附图中的某个明显结构不相符时，需要结合本领域的公知常识以及本专利其他部分的叙述来综合判断到底是本专利的文字部分存在笔误，还是附图中存在绘制错误。特别地，以下附图均为示例性质的图片，并非旨在暗示本专利的保护范围，本领域的普通技术人员通过参考本专利所公开的文字内容和/或附图内容，可以在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，这些新附图所代表的技术方案依然在本专利的保护范围之内。
图1是本发明实施例中一种双端口馈电式阵列天线的结构示意图；
图2是图1中同轴腔的一种结构示意图；
图3是图1中辐射腔的一种结构示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。
如图1～3所示，一种双端口馈电式阵列天线，其包括彼此连通的辐射腔1和同轴腔2，辐射腔1位于同轴腔2的正上方，辐射腔1的底面中心以及同轴腔2的顶面中心均具有方形的连接口，辐射腔1的顶面上具有多个辐射端口11，同轴腔2具有两个互相垂直的波导输入端口21，同轴腔2在腔内中心处的底面上设有竖直的具有同轴特性的圆柱形探针31，探针31的高度为1/6～1/4倍的波导波长，探针31的半径为1/15～1/10倍的波导波长，探针31指向辐射腔1的中心，探针31的底部设有两级匹配台阶，两级匹配台阶由与探针31同轴的第一圆柱32和第二圆柱33组成，第一圆柱32直接位于同轴腔2的底面上，第二圆柱33位于第一圆柱32的顶面上，第二圆柱33的直径小于第一圆柱32的直径。
可选的，辐射端口为方形，且方形辐射端口的边长为0.6～0.8倍的波导波长。
可选的，辐射端口为圆形，且圆形辐射端口的直径为0.6～0.8倍的波导波长。
可选的，辐射端口呈矩形阵列式排布。
仍见图1，图中所示为一种2×2矩形排布的圆形辐射端口。
可选的，见图3，辐射腔1和同轴腔2之间通过方形的波导传输段4连接，波导传输段4的内壁边长为0.5～0.7倍的波导波长，波导传输段4的高度为0.35～0.55倍的波导波长。
可选的，仍见图2，同轴腔的对应于两个波导输入端口21的波导末端处的腔壁均为具有匹配功能的短路壁5，短路壁5的中心与探针31的轴线之间的距离为0.48～0.52倍的波导波长。
可选的，第一圆柱的直径为0.5～0.7倍的波导波长，第一圆柱的高度为0.08～0.12倍的波导波长；第二圆柱的直径为0.3～0.4倍的波导波长，第二圆柱的高度为0.05～0.07倍的波导波长。
上述实施例中，采用同轴转换模式可有效提高天线的辐射效率，采用互相垂直的波导输入，则可以通过调整输入信号相位的方式实现线极化或者圆极化。
总之，本发明通过在同轴腔中设置同轴探针，并辅以台阶匹配层的方式，实现了波导信号到同轴信号的无损转换，既避免了缝隙开口耦合的加工难度，又避免了空气带线馈电的损耗问题，相对于现有技术是一个重大改进。
需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。
此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。
出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。
总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双端口馈电式阵列天线，其特征在于，包括彼此连通的辐射腔和同轴腔，所述辐射腔位于所述同轴腔的正上方，所述辐射腔的底面中心以及所述同轴腔的顶面中心均具有方形的连接口，所述辐射腔的顶面上具有多个辐射端口，所述同轴腔具有两个互相垂直的波导输入端口，所述同轴腔在腔内中心处的底面上设有竖直的具有同轴特性的圆柱形探针，所述探针的高度为1/6～1/4倍的波导波长，所述探针的半径为1/15～1/10倍的波导波长，所述探针指向所述辐射腔的中心，所述探针的底部设有两级匹配台阶，所述两级匹配台阶由与探针同轴的第一圆柱和第二圆柱组成，所述第一圆柱直接位于同轴腔的底面上，所述第二圆柱位于第一圆柱的顶面上，所述第二圆柱的直径小于所述第一圆柱的直径。
2.根据权利要求1所述的双端口馈电式阵列天线，其特征在于，所述辐射端口为方形，且方形辐射端口的边长为0.6～0.8倍的波导波长。
3.根据权利要求1所述的双端口馈电式阵列天线，其特征在于，所述辐射端口为圆形，且圆形辐射端口的直径为0.6～0.8倍的波导波长。
4.根据权利要求1所述的双端口馈电式阵列天线，其特征在于，所述辐射端口呈矩形阵列式排布。
5.根据权利要求1所述的双端口馈电式阵列天线，其特征在于，所述辐射腔和同轴腔之间通过方形的波导传输段连接，所述波导传输段的内壁边长为0.5～0.7倍的波导波长，所述波导传输段的高度为0.35～0.55倍的波导波长。
6.根据权利要求1所述的双端口馈电式阵列天线，其特征在于，所述同轴腔的对应于两个波导输入端口的波导末端处的腔壁均为具有匹配功能的短路壁，所述短路壁的中心与所述探针的轴线之间的距离为0.48～0.52倍的波导波长。
7.根据权利要求1所述的双端口馈电式阵列天线，其特征在于，所述第一圆柱的直径为0.5～0.7倍的波导波长，所述第一圆柱的高度为0.08～0.12倍的波导波长；所述第二圆柱的直径为0.3～0.4倍的波导波长，所述第二圆柱的高度为0.05～0.07倍的波导波长。
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