[发明专利]一种基于四角馈电的双层波导缝隙近场聚焦阵列天线

说明书

一种基于四角馈电的双层波导缝隙近场聚焦阵列天线，涉及一种波导缝隙天线。由下层的馈电波导和上层的辐射波导组成；入射波从馈电端口依次经过馈电波导、耦合缝隙、辐射波导，最终由辐射缝隙辐射到外部空间，所述馈电端口和馈电波导采用标准馈电波导从背面通过中央孔径馈入，采用四角馈电代替传统的中心馈电，通过具有4个臂的馈电波导将信号从中心延伸到4个天线角，由两端向中间等幅同向馈电，在馈电波导中央能形成PMC边界，由此来代替金属边界减小尺寸，降低设计成本，馈电波导的长度为44.8mm，宽度为5mm，高度为2mm。

技术领域

本发明涉及一种波导缝隙天线，尤其是涉及可用于无线电通信、近场通信、医疗检测等领域的一种基于四角馈电的双层波导缝隙近场聚焦阵列天线。

背景技术

天线阵列(或阵列天线)是许多相同的单个天线按一定规律排列组成的天线系统，以发射或接收无线电波。各个天线单元通过馈线连接到单个接收器或发射器，馈线以特定相位关系将能量馈送到各个天线单元。由每个单独天线辐射的无线电波组合并叠加，加在一起(可通过人为控制)以增强在期望方向上辐射的功率，并且减少在其它方向上辐射的功率。其中波导阵列天线是指在波导宽边或窄边上开有缝隙，并切断波导内壁上电流的天线([1]宋铮，张建华，黄治.天线与电波传播.西安电子科技大学出版社.2003.7)。根据缝隙单元间距和馈电方式不同，目前波导缝隙天线阵列主要有两种：

一种谐振式缝隙阵，所有缝隙都得到同相激励，最大辐射方向与天线轴线垂直，波导终端通常加短路活塞。谐振式天线通常带宽较窄，效率高。

一种非谐振式缝隙阵，波导的一端加激励信号，另一端加匹配负载。与谐振式天线相比，非谐振式天线频带较宽，但效率较低。若缝隙单元数足够多，则被负载吸收的能量有限，因此与谐振式天线效率差距不大。

中国专利201410744296.8公开一种宽带单腔波导缝隙谐振天线，该设计提供了一种具有良好的宽频带、低交叉极化特性、特别是天线高度压缩、结构简单的矩形波导宽边纵向直辐射缝隙天线。

中国专利201110146539.4公开一种幅相加权的窄边波导缝隙阵列天线，该设计提供了一种更适于星载天线应用的结构紧凑、加工简单、不规则波束赋形的高增益窄边波导缝隙阵列赋形天线。

然而，这些波导缝隙阵大多馈电端口在中心，当阵列规模大时，难以控制阵元激励实现常见的泰勒分布、高斯分布等。而且，这些天线工作于远场，少有近场聚焦的方式，一般使用金属作为隔离终端，多数情况下采用铜来作为隔离电磁波的材料，这样在一些情况下会增大成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有波导缝隙阵列天线的不足与未考虑之处，提供在波导内部等效形成的PMC边界和PEC边界，减小天线尺寸，降低结构成本，工作于近场区域，可用于医疗检测、近场通信等领域，馈电方式提高抗干扰性且更易于控制阵元泰勒激励，实现天线低副瓣的一种基于四角馈电的双层波导缝隙近场聚焦阵列天线。

本发明由下层的馈电波导和上层的辐射波导组成；入射波从馈电端口依次经过馈电波导、耦合缝隙、辐射波导，最终由辐射缝隙辐射到外部空间，所述馈电端口和馈电波导采用标准馈电波导从背面通过中央孔径馈入，采用四角馈电代替传统的中心馈电，通过具有4个臂的馈电波导将信号从中心延伸到4个天线角，由两端向中间等幅同向馈电，在馈电波导中央能形成PMC边界，由此来代替金属边界减小尺寸，降低设计成本，馈电波导的长度为44.8mm，宽度为5mm，高度为2mm；

所述耦合缝隙为同相馈电方式，耦合缝隙开于馈电波导上表面，它具有规则排布和抑制二阶波束的优点，耦合缝隙数目为2×8；耦合缝隙的一维泰勒分布由耦合缝隙的偏转角控制，耦合缝隙的长度为3.75mm，宽度为1mm，厚度为0.4mm；相邻耦合缝隙之间的间距L_c为0.5λ_gf，终端耦合缝隙距离波导终端端面的距离为0.5λ_gf，λ_gf为馈电波导波长。