[发明专利]低轮廓超宽带犁形天线

说明书

技术领域

本发明属于无线通信天线，具体是一种犁形天线，主要应用于超宽 带低轮廓天线阵列。

技术背景

现代通信为了实现全球范围的无缝覆盖，可以同时进行语音、文本、 图像、视频的高速多媒体通信，通信网络应该是包含多种通信技术的有线 无线相结合的综合网络。在这样的背景下，由于超宽带技术具有极大的带 宽，极低的功率，可实现现有频率资源复用等显著特点。在不占用现在已 经拥挤不堪的频率资源情况下带来一种全新的话音和数据通信方式。实现 天线的极大带宽是需要解决的首要问题。常规的无线电通信基于传统的天 线理论，天线上的电流是按正弦规律变化的，使用的天线大都是谐振天线， 相对带宽很窄。犁形天线则是超宽带天线里一种比较好的实现方式。但由 于传统犁形天线其纵向轮廓一般都有几个波长，这使得该天线组成阵列以 后，阵面轮廓较高，特别是应用于低频段时，显得极为庞大。所以急需设 计一种低轮廓的犁形天线用以满足现代无线通信阵列天线的要求。

发明内容

本发明的目的在于解决传统犁形天线轮廓高的问题，提供一种低轮 廓超宽带犁形天线，以减低天线的纵向轮廓，避免天线性能的恶化，满足 超宽带阵列的低轮廓要求。

为实现上述目的，本发明包括共面波导阻抗变换器、开路腔和左右对 称的指数状辐射体，共面波导阻抗变换器的左槽线与指数状辐射体过渡连 接，右槽线与开路腔连接，中心导带与右侧指数状辐射体连接，其中每个 指数状辐射体上，开有双“工”形加载槽；共面波导阻抗变换器的中心导 带为矩形阶梯渐变结构。

所述的双“工”形加载槽为上下结构，上“工”形的下横加载槽与 下“工”形的上横加载槽通过横窄槽线连接。

所述的共面波导阻抗变换器的中心导带由六段宽度不等的矩形阶梯 阻抗变换线连接组成。

所述的开路腔由两条夹角60°的等长直线与它们之间的圆弧线组 成。

本发明与传统犁形天线相比，具有如下优点：

1)改善了天线辐射方向图的前后比，提高了定向性。

由于传统犁形天线是依靠高轮廓即较长的指数线来保证天线的方向 性，但在降低天线的纵向轮廓时，天线上的部分面电流会向后流动，形成 后向辐射，削弱天线的定向性，为此本发明在指数状辐射体上采用的双 “工”形加载槽，有效地遏制了传统犁形天线表面的后向电流，使面电流 尽量沿指数线向前流动形成辐射，从而极大地改善了天线辐射方向图的前 后比，具有很好的定向性。

2)展宽了阻抗带宽

由于传统犁形天线依靠较宽的横向尺寸保证阻抗带宽，在降低横向尺 寸后，天线的带宽会受到限制，而加载槽的设计使天线在较小的横向尺寸 情况下具有超宽带特性，且开路腔的形状设计，较之传统矩形开路腔具有 超宽带特性。

3)实现了天线的低轮廓小型化

传统的微带多级1/4λ阻抗变换器，每一段长度都是1/4λ，在使用六 级变换线的情况下，总长度达1.5λ。本发明设计的共面波导阻抗变换器 长度为0.15λ₀，仅为微带阻抗变换器的10％，当频率较低，波长较长时， 这样的设计极为可观低降低了天线的纵向轮廓，且共面波导比微带线具有 更宽的阻抗带宽。以上设计措施保证了天线的定向性好、超宽带和低轮廓 的特征。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的共面波导阻抗变换器示意图；

图3为本发明的双“工”形加载槽示意图；

图4为本发明的驻波比VSWR实际测试图；

图5为本发明在频率分别为f₀、3f₀、4f₀时的E面及H面实测增益方 向图；

图6为本发明与传统犁形天线在频率2f₀时的测试方向图对比。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的结构和性能。

参照图1，本发明给出的实例是低轮廓犁形天线，其工作带宽是上限 频率f_H∶下限频率f_L＝4∶1。该天线主要由单面覆铜介质板构成，本实施 案例中的覆铜介质采用FR4材料，介电常数为4.4，厚度为1.5mm。具体 结构包括：共面波导阻抗变换器1，开路腔2，左右对称指数状辐射体3 和双“工”形加载槽4四部分。