[实用新型]高增益金属谐振腔天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种高增益天线，尤其涉及一种金属谐振腔的高增益天线。

背景技术

目前已有的高增益天线主要有两种类型，一种是阵列天线，另一种是反射面天线。

阵列天线是按照一定幅度和相位分配激励多个辐射单元以实现高增益，各辐射单元的激励幅度和相位由馈电网络实现。通常，天线增益要求越高，所需的辐射单元数目越多，导致馈电网络越复杂。复杂的馈电网络一方面会增大电气设计和物理布局的难度，另一方面馈电损耗会降低阵列天线的效率，尤其在高频段严重到不再实用。

反射面天线有空馈的抛物面天线和平面反射阵天线，能将由馈源发出的宽角域波束聚束反射形成窄波束，从而实现高增益。反射面天线虽然省去了复杂的馈电网络，然而其置于反射面前方焦点处的馈源使得天线的整体轮廓高度达数倍工作波长。因此，其三维立体结构不便于安装和携带。

发明内容

本发明提供一种馈电简单、高效率、低轮廓且准平面的高增益天线，该天线在无需馈电网络的情况下，增益高于20dBi，天线效率高达60％。

本发明采用如下技术方案：

一种高增益的金属谐振腔天线，包括：金属盖板、金属侧板、金属底板以及馈源，金属盖板居上，金属底板居下，金属侧板居中，三者相互连接构成一腔体，馈源置于该腔体内部；金属盖板是一块其上开有一组缝隙单元的金属平板，缝隙单元呈周期性排列；馈源包括一个位于腔体中部的馈电贴片及其周围的一组无源寄生贴片，馈电贴片及寄生贴片印刷在一片薄介质基片的上表面，介质基片的下表面贴在金属底板的上表面；馈电贴片通过射频同轴接头经由电缆激励。

本发明：

1、采用尺寸经恰当设计、对工作频带内的电磁波具有部分透射功能的金属盖板1。天线的辐射原理如下(参考图6)：由馈源4发出的电磁波照射到盖板1，其中少部分能量直接经金属盖板1透射，而大部分能量经金属盖板1反射，反射后电磁波经底板3反射并再次照射到金属盖板1。同样地，再有少部分能量经金属盖板1透射，而大部分能量再次反射，如此反复，直到能量辐射殆尽。天线总的辐射效果是多次透射电磁波的叠加，当侧板2的高度约等于半波长的整数倍时，各次透射波以同相位叠加，从而实现高增益的辐射。

2、采用金属侧板2防止腔体内横向电磁波泄漏，且金属侧板2起到支撑金属盖板1的作用。工作原理如下：由馈源4发出的是宽角域波束，其中大部分能量经金属盖板1和金属底板3之间多次反射叠加而透射，同时也有部分能量以表面波和平行板模式波的方式在腔体内横向传播，横向波不参与天线主波束方向的辐射，它会起到增大天线副瓣、降低天线效率的不利作用，金属侧板2能有效抑制横向波，降低天线副瓣，提高天线效率。

3、采用带寄生无源贴片4-2的馈源4，与仅有馈电贴片的情况相比，天线增益提高0.6dB以上，增益高于20dBi的频带展宽1倍以上。其工作原理如下：馈电贴片4-1由射频同轴接头经由电缆4-1-1直接激励，寄生无源贴片4-2由馈电贴片4-1耦合激励，寄生无源贴片4-2略小于馈电贴片4-1，当两者的间距恰当时可起引向作用，从而增大了馈源4的有效辐射面积，使得金属盖板外侧的天线口径场分布比较均匀，从而能提高天线增益并展宽天线频带。

4、天线的主体部分采用导电良好的铜或铝板，从而降低了成本。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、与阵列天线比较，本发明所述天线具有馈电简单、损耗低、效率高等优点。本发明所述天线只需一个馈电点，因此免去了阵列天线中的馈电网络，简化了设计流程；在普通阵列天线中，馈电网络均具有一定的损耗。由于本发明所述天线采用空间耦合馈电，避免了馈电损耗；又采用侧板2抑制横向波泄漏；以及采用寄生无源贴片4-2提高天线的口径效率等措施，使本发明所述天线的增益高于20dBi，天线效率高达60％以上。

2、与反射面天线比较，本发明所述天线具有很低的平面轮廓和结构轻便等优点。反射面天线的轮廓高度包括焦距以及反射面和馈源本身的高度，达数倍甚至数十倍波长。而本发明所述天线的轮廓高度包括腔体高度以及盖板1和底板3的厚度，通常在半波长或一倍波长左右；本发明所述天线为平面结构，盖板1、侧板2以及3均可采用较薄的金属板(如厚度为0.5mm的铜或铝板)，因此本发明所述天线的结构轻便，易于安装和携带。