[发明专利]双波束缝隙阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及双波束缝隙阵列天线，属于缝隙阵列天线技术领域。

背景技术

无线网桥通常用于室外的两个网络的连接，在无线网桥中所需的路由和中继等均需要多个天线。常见的中继中至少包括两个天线，一个负责接收信号，另一个负责发送信号，两个天线采用频率分集的模式工作。

常见的缝隙天线为通过在导体面上开缝隙形成，典型的缝隙形状为长条形，长度约为半个波长，缝隙通过跨接在它窄边上的传输线馈电，也可由波导或谐振腔馈电。馈电时，缝隙上被激励形成射频电磁场，该射频电磁场向空间辐射电磁波。同一导体面上的多个缝隙可构成缝隙阵，缝隙阵分为谐振阵和非谐振阵，在非谐振阵中由于各缝隙的激励有一定相位差，因而其最大电磁波辐射方向不是在非谐振阵的法线方向，而是与法线成一辐射角度θ。这一辐射角度θ与介质传播常数K_ρ和自由空间传播常数K₀存在如下关系sinθ＝K_ρ/K₀，其中K_ρ取决于介质波导的介质常数和电磁波的频率。改变同一介质波导的频率特性，可改变介质传播常数K_ρ，进而改变辐射角度θ。

现有缝隙天线由于只具有单一频率特性，使得在无线网桥的应用中，天线数目过多，过多的天线相互干扰，同时造成无线网桥的大尺寸、重量大、成本高及安装复杂等难题。

发明内容

本发明是为了解决现有缝隙天线由于只具有单一频率特性，造成无线网桥中天线数目过多，存在相互干扰的问题，提供了一种双波束缝隙阵列天线。

本发明所述双波束缝隙阵列天线，它包括PCB板，该PCB板为正方形或者圆形，PCB板由表层、中间层和底层组成，所述表层和底层分别为铜层，中间层为FR-4环氧树脂层，该FR-4环氧树脂层的介质介电常数ε为4，

所述正方形PCB板的表层上按田字形状被均分成四个小正方形区间，该四个小正方形区间沿顺时针方向依次为第一区间、第二区间、第三区间和第四区间，

或者圆形PCB板的表层上沿圆周方向被均分成四个小区间，该四个小区间沿顺时针方向依次为第一区间、第二区间、第三区间和第四区间，

以正方形PCB板的中心为圆心，或者以圆形PCB板的圆心为圆心，第一区间和第三区间分别开有半径为r1、r1+h、r1+2h、……r1+nh的90度环形缝隙，第二区间和第四区间分别开有半径为r2、r2+h、r2+2h、……r2+nh的90度环形缝隙，n为大于或者等于2的整数，r2的长度为所述缝隙天线双频中第一个谐振频率11.7GHz对应的波长的1/4，r1的长度为所述缝隙天线双频中第二个谐振频率12.1GHz对应的波长的1/4，h为PCB板的每个区间内相邻环形缝隙的间距，所述环形缝隙的宽度均为w；

所述缝隙天线的馈源采用中心同轴线馈电的方式，所述同轴线SMA接头的中心内导体与PCB板的表层连接，同轴线SMA接头的外导体与PCB板的底层连接。

所述h＝λ_sw/2，λ_sw为平板介质波导波长，λ₀为馈源馈入电磁波的自由空间波长。

所述PCB板为正方形，PCB板的尺寸为50mm*50mm，PCB板的板厚为1.5mm。

r1为7mm，r2为8mm，环形缝隙的宽度w均为1mm，h为4.5mm。

本发明的优点：本发明将传统缝隙天线的矩形缝隙改变为环形缝隙阵列，便于天线共形设计，它利用简单的印制天线技术，实现了缝隙天线的双频工作特性，它通过天线的对称结构，使中心馈源相对分布在每一列缝隙的一端，而每一列缝隙阵列在馈源的激励下，产生的电磁波辐射方向分别在每一列缝隙的纵向指向方向上，且与法线成一辐射角度θ，因此可以通过改变馈源相应的激励电磁波的频率，分别利用不同的缝隙阵列，使方向图主瓣方向可以沿不同的缝隙阵列纵向指向，使得天线可以实现二维方向图指向变化，呈现出简单的波束扫描特性，并且在空间上具有方向分集。

本发明解决了传统波导缝隙天线的大尺寸，重量大，成本高及安装复杂等难题，它的双波束工作特性应用于无线网桥中，解决了网桥应用中天线数目过多，且相互干扰等难题，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明所述双波束缝隙阵列天线的结构示意图；

图2是本发明所述双波束缝隙阵列天线的频率特性仿真图；图中S1，1为回波损耗参数；

图3是图2中第一个谐振频点为11.7GHz时远场方向图的2D模式；