本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)的天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種一維單極化多波束空饋天線。

背景技術(shù)：

多波束天線技術(shù)在通信和雷達(dá)中均具有重要的應(yīng)用。傳統(tǒng)的多波束天線為相控陣天線，然而由于使用了復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)和T/R組件，相控陣天線的損耗較高，設(shè)計(jì)加工復(fù)雜度較大。之后，研究人員將巴特勒矩陣應(yīng)用在天線的饋電網(wǎng)絡(luò)中，在無(wú)需有源結(jié)構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)寬覆蓋范圍的多波束天線。然而，饋電網(wǎng)絡(luò)的損耗會(huì)限制天線設(shè)計(jì)的最大增益。

空饋天線由于不使用饋電網(wǎng)絡(luò)，僅利用電磁波在空間中的傳播進(jìn)行能量分配，適用于設(shè)計(jì)高增益天線。然而，在目前已有的空饋天線設(shè)計(jì)中，僅有二維平面、產(chǎn)生針狀波束的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有扇形波束方向圖的一維單極化多波束空饋天線。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一維單極化多波束空饋天線，包括：平板波導(dǎo)，為由一個(gè)側(cè)邊金屬板、一個(gè)頂層金屬板和一個(gè)底層金屬板構(gòu)成的半開(kāi)放結(jié)構(gòu)；所述側(cè)邊金屬板與頂層金屬板和底層金屬板垂直；所述頂層金屬板與底層金屬板平行；饋源陣，為由若干個(gè)等間距排布的饋源構(gòu)成的一維直線陣列；所述饋源陣用于照射所述相移結(jié)構(gòu)；相移結(jié)構(gòu)，為具有移相功能的透射結(jié)構(gòu)；所述相移結(jié)構(gòu)位于頂層金屬板和底層金屬板之間；

所述平板波導(dǎo)工作在基本模式，即電磁波在平板波導(dǎo)內(nèi)以TEM模式傳播。

所述饋源陣位于頂層金屬板和底層金屬板之間，靠近側(cè)邊金屬板一側(cè)，相移結(jié)構(gòu)位于遠(yuǎn)離側(cè)邊金屬板的一側(cè)，饋源發(fā)出的電磁波極化垂直于頂層金屬板和底層金屬板表面。

所述相移結(jié)構(gòu)，可通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)中的某些參數(shù)(結(jié)構(gòu)尺寸，介質(zhì)介電常數(shù)等)，使其在工作頻點(diǎn)處具有高透射幅度(透射幅度大于-3dB)和寬透射相移范圍(透射相移范圍大于90度)的性能。

所述饋源僅照射相移結(jié)構(gòu)的一部分，并產(chǎn)生扇形波束方向圖。

從饋源陣2的一端向另一端，各饋源4依次照射相移結(jié)構(gòu)3時(shí)，可分別得到出射方向不同、增益一致性較好的扇形波束。

本發(fā)明首次提出了可出射扇形波束的一維空饋天線，且天線具有波束覆蓋角度范圍寬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易加工等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2表示圖1中A位置局部放大視圖。

圖3表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，第1個(gè)饋源被激勵(lì)時(shí)，相移結(jié)構(gòu)上能量分布情況。

圖4表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，第4個(gè)饋源被激勵(lì)時(shí)，相移結(jié)構(gòu)上能量分布情況。

圖5表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，第1個(gè)饋源或第8個(gè)饋源被激勵(lì)時(shí)，實(shí)施實(shí)例的E面方向圖。

圖6表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，第4個(gè)饋源或第5個(gè)饋源被激勵(lì)時(shí)，實(shí)施實(shí)例的E面方向圖。

圖7表示本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例中，第1個(gè)饋源至第8個(gè)饋源依次分別被激勵(lì)時(shí)，實(shí)施實(shí)例的H面方向圖。

圖8表示本發(fā)明第二實(shí)施實(shí)例的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9表示圖8中A位置局部放大視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示：天線工作中心頻率為5.8Ghz，整體結(jié)構(gòu)關(guān)于Y軸對(duì)稱；天線由平板波導(dǎo)1、饋源陣2和相移結(jié)構(gòu)3組成；其中，平板波導(dǎo)1為由一個(gè)側(cè)邊金屬板11、一個(gè)頂層金屬板12和一個(gè)底層金屬板13構(gòu)成的半開(kāi)放結(jié)構(gòu)；側(cè)邊金屬板11長(zhǎng)為500mm，高為25mm；頂層金屬板12和底層金屬板13尺寸相同，長(zhǎng)均為500mm，寬均為183mm；饋源陣2和相移結(jié)構(gòu)3位于平板波導(dǎo)1內(nèi)；饋源陣2由8個(gè)饋源4組成，編號(hào)分別為#1、#2、#3、#4、#5、#6、#7、#8。饋源4發(fā)出的電磁波，極化垂直于平板波導(dǎo)1的頂層金屬板12和底層金屬板13表面；平板波導(dǎo)1工作在基本模式，饋源4發(fā)出的電磁場(chǎng)在平板波導(dǎo)1中以TEM模式傳播；饋源4發(fā)出的電磁波能量主要集中在部分相移結(jié)構(gòu)3上。

本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的饋源4如圖2所示，其采用探針41饋電形式；探針41高為11mm；平板波導(dǎo)1的側(cè)邊金屬板11與隔板42組成背腔，約束從饋源4發(fā)射出的電磁波的能量分布；隔板42寬為14mm，高為25mm；相鄰隔板42之間的距離為34mm。

本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的第1個(gè)饋源4發(fā)射出的電磁波，能量主要分布在相移結(jié)構(gòu)3的一半，且位于最左邊，如圖3所示；本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的第4個(gè)饋源4發(fā)射出的電磁波，能量主要分布在相移結(jié)構(gòu)3的一半，且靠近左邊，如圖4所示；相移結(jié)構(gòu)3中心與側(cè)邊金屬板11距離為173mm；相移結(jié)構(gòu)3之間的間距為25mm；相移結(jié)構(gòu)3從+X軸沿-X軸方向，位于+X軸處相移結(jié)構(gòu)3的補(bǔ)償相位依次為-67°、-39°、0°、-279°、-178°、-55°、-270°、-105°、-258°、-40°。

根據(jù)以上方式設(shè)計(jì)的天線，當(dāng)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的第1個(gè)饋源4或第8個(gè)饋源4被激勵(lì)時(shí)，實(shí)施實(shí)例的E面方向圖如圖5所示；當(dāng)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的第4個(gè)饋源或第5個(gè)饋源被激勵(lì)時(shí)，實(shí)施實(shí)例的E面方向圖如圖6所示。隨著饋源4被激勵(lì)的端口位置從外側(cè)向中心移動(dòng)，E面方向圖逐漸變寬；當(dāng)本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例的第1個(gè)饋源至第8個(gè)饋源依次分別被激勵(lì)時(shí)，實(shí)施實(shí)例的H面方向圖如圖7所示，8個(gè)波束覆蓋角度達(dá)到±42°。

本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)方式如圖8所示：天線由平板波導(dǎo)1、饋源陣2和相移結(jié)構(gòu)3組成；其中，平板波導(dǎo)1為由一個(gè)側(cè)邊金屬板11、一個(gè)頂層金屬板12和一個(gè)底層金屬板13構(gòu)成的半開(kāi)放結(jié)構(gòu)；饋源陣2和相移結(jié)構(gòu)3位于平板波導(dǎo)1內(nèi)；饋源陣2由多個(gè)饋源4組成，饋源4發(fā)出的電磁波，極化垂直于平板波導(dǎo)1的頂層金屬板12和底層金屬板13表面；平板波導(dǎo)1工作在基本模式，饋源4發(fā)出的電磁場(chǎng)在平板波導(dǎo)1中以TEM模式傳播；饋源4發(fā)出的電磁波能量主要集中在部分相移結(jié)構(gòu)3上；實(shí)施例的結(jié)構(gòu)關(guān)于y軸對(duì)稱。

本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的饋源4采用波導(dǎo)饋電形式，如圖9所示。

綜上，本發(fā)明提出了一種具有扇形波束方向圖的一維單極化多波束空饋天線，其具有波束覆蓋角度范圍寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易加工等特點(diǎn)，在未來(lái)希望應(yīng)用于第五代移動(dòng)通信基站天線。