基于平行板波导结构的端射漏波天线阵

1.本实用新型属于移动通讯，微波信号传输技术领域，具体涉及一种基于平行板波导结构的端射漏波天线阵。


背景技术：

2.随着无线通信技术的蓬勃发展，无线通信的优点展现的越来越明显，它以其成本低，受地理环境的影响小，可以在超远距离上完成高质量的通信传输，所需的功耗小，支持可移动设备等诸多优点，成为了整个通信系统中非常重要的组成部分。而天线用于接收和发送电磁波能量，是无线通信中一个不可或缺的组成部分，被广泛应用于无线电导航、雷达、遥感、广播、电视等工程系统中。
3.漏波天线是一类行波天线,由连续或周期地加载辐射元的传输线构成。漏波天线结构紧凑、定向性高,且具有独特的波束频扫特性,因而在雷达等无线系统中有广泛应用。随着人们对无线系统的需求日渐增大,如何提高漏波天线性能、丰富其功能成为了天线领域的一个重要研究方向。现有漏波天线受限于辐射元的电磁性能,在波束扫描范围、阻带、增益、副瓣电平以及方向图等特性上存在着诸多固有缺陷。
4.一种基于平行导波结构的端射漏波天线阵列得到强烈关注，其优点在于较高的增益以及较高的辐射效率，结构简单，剖面低，易于加工制造。该端射天线经常用于以下几个方面：1.地铁，高铁站附近的基站；2.射频识别(rfid)；3.雷达探测。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种基于平行板波导结构的端射漏波天线阵，解决了现有技术中存在的漏波天线辐射效率不高，难以小型化以及高剖面的局限性问题。
6.本实用新型所采用的技术方案是，一种基于平行板波导结构的端射漏波天线阵，包括由平行金属板构成的平行板波导，平行板波导其中一端通过渐变馈线连接同轴连接器sma，平行板波导另一端连接匹配负载，平行板波导的两侧等间距分布有若干圆环天线元。
7.本实用新型的特点还在于，
8.若干圆环天线元结构相同，每个圆环天线元具体结构为：包括上层半圆环单元和底层半圆环单元，上层半圆环单元和底层半圆环单元半径相等，圆弧方向相反，每一对上层半圆环单元和底层半圆环单元之间设置有平行馈电导线，上层半圆环单元、底层半圆环单元及中间的平行馈电导线共同构成一个完整的圆形的圆环天线元。
9.位于平行板波导异侧的相邻两个所述圆环天线元之间的间距为0.5倍的波长。
10.相邻两个所述圆环天线元之间的间距为1/4波长。
11.平行板波导及若干圆环天线元均为金属结构。
12.位于平行板波导同侧的圆环天线元数量为20个。
13.本实用新型的有益效果是，一种基于平行板波导结构的端射漏波天线阵，天线单元为传输平板侧边沿纵向馈电的小环天线元构成，水平分布的小环天线等效于垂直放置的
磁偶极子单元。通过适当调节阵元间距可以使得阵列因子方向图的指向沿着端射方向，全金属结构的配置提高了天线的辐射效率，由此在端射方向可以得到较高增益的波束方向图。
附图说明
14.图1是该端射漏波天线的整体结构图；
15.图2是该端射漏波天线的天线单元结构图；
16.图3是该端射漏波天线的天线的整体结构透视图；
17.图4是该实用新型的回波损耗以及辐射效率的参数结果；
18.图5为本实用新型在工作频点上的两个正交切面的远场辐射方向图；
19.图6为频带内的增益-频率曲线。
20.图中，1.顶部半圆环，2.底部半圆环，3.平行馈电带线，4.平行板波导，5.sma，6.渐变馈线。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
22.本实用新型一种基于平行板波导结构的端射漏波天线阵，其特征在于，结构如图1所示，包括由平行金属板构成的平行板波导4，平行板波导4其中一端通过渐变馈线6连接同轴连接器sma5，平行板波导4另一端连接匹配负载，平行板波导4的两侧等间距分布有若干圆环天线元。
23.若干圆环天线元结构相同，每个圆环天线元具体结构为：包括上层半圆环单元1和底层半圆环单元2，上层半圆环单元1和底层半圆环单元2半径相等，圆弧方向相反，每一对上层半圆环单元1和底层半圆环单元2之间设置有平行馈电导线3，上层半圆环单元1、底层半圆环单元2及中间的平行馈电导线3共同构成一个完整的圆形的圆环天线元。
24.位于平行板波导4异侧的相邻两个所述圆环天线元之间的间距为0.5倍的波长。
25.相邻两个圆环天线元之间的间距为1/4波长。
26.平行板波导4及若干圆环天线元均为金属结构。
27.位于平行板波导4同侧的圆环天线元数量为20个。
28.漏波天线阵列的方向图特性主要取决于天线单元的配置。本实用新型属于一种端射辐射天线。天线单元采用电小环充当的磁偶极子产生辐射，由图2可知上下两个准半圆环可同时被等幅源激励，流过等幅电流，在俯视图下准圆环构成环形电流源。辐射单元选定后就可以沿着阵列方向周期性，等间距排放相同的辐射单元。天线增益随着辐射单元的增加而相应增强，由于表面波损耗不能无限增加。考虑到天线结构纵向尺寸的维度，我们选取40个单元组成一维线性端射漏波天线，其整体天线结构透视图如图3所示。
29.图4为该实用新型天线的回波损耗以及辐射效率的参数结果。由以上分析可知该实用新型天线由于线阵效应具有较宽的阻抗带宽以及全金属结构带来的高辐射效率。由图可知该实用新型漏波端射天线在3.2-5.2ghz频带内获得良好的驻波特性，以及在整个频带内可实现平均95％的辐射效率。选取工作频率为4.85ghz，图5给出了该实用新型天线在工作频点上的两个正交切面的远场辐射方向图。由图可知该实用新型天线实现良好的端射辐
射以及高前后比性能。图6罗列了频带内的增益-频率曲线，图中表明在4.6-5.1ghz频带范围内该端射天线实现了端射增益高达15dbi+的高增益特性，且其峰值增益达到16.9dbi，充分体现了纯金属结构带来的高效率，高增益的漏波天线等优势。


技术特征：
1.一种基于平行板波导结构的端射漏波天线阵，其特征在于，包括由平行金属板构成的平行板波导(4)，平行板波导(4)其中一端通过渐变馈线(6)连接同轴连接器sma(5)，平行板波导(4)另一端连接匹配负载，平行板波导(4)的两侧等间距分布有若干圆环天线元。2.根据权利要求1所述的一种基于平行板波导结构的端射漏波天线阵，其特征在于，若干所述圆环天线元结构相同，每个圆环天线元具体结构为：包括上层半圆环单元(1)和底层半圆环单元(2)，上层半圆环单元(1)和底层半圆环单元(2)半径相等，圆弧方向相反，每一对上层半圆环单元(1)和底层半圆环单元(2)之间设置有平行馈电导线(3)，上层半圆环单元(1)、底层半圆环单元(2)及中间的平行馈电导线(3)共同构成一个完整的圆形的圆环天线元。3.根据权利要求2所述的一种基于平行板波导结构的端射漏波天线阵，其特征在于，位于平行板波导(4)异侧的相邻两个所述圆环天线元之间的间距为0.5倍的波长。4.根据权利要求2所述的一种基于平行板波导结构的端射漏波天线阵，其特征在于，相邻两个所述圆环天线元之间的间距为1/4波长。5.根据权利要求2所述的一种基于平行板波导结构的端射漏波天线阵，其特征在于，所述平行板波导(4)及若干圆环天线元均为金属结构。6.根据权利要求2所述的一种基于平行板波导结构的端射漏波天线阵，其特征在于，位于所述平行板波导(4)同侧的圆环天线元数量为20个。

技术总结
本实用新型公开了一种基于平行板波导结构的端射漏波天线阵，包括由平行金属板构成的平行板波导，平行板波导其中一端通过渐变馈线连接同轴连接器SMA，平行板波导另一端连接匹配负载，平行板波导的两侧等间距分布有若干圆环天线元。本实用新型解决了现有技术中存在的漏波天线辐射效率不高，难以小型化以及高剖面的局限性问题。的局限性问题。的局限性问题。


技术研发人员：武哲 云宇 云彩明 苗玉湘 高润 苗壮
受保护的技术使用者：西安外事学院
技术研发日：2021.07.28
技术公布日：2022/3/8