基于空氣填充的平行板波導結構的陣列天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線微波通訊中的天線領域，更具體地本發明涉及基于空氣填充的平行板波導結構的陣列天線。
【背景技術】
[0002]在無線微波通訊中，反射面天線被廣泛使用。大部分反射面是拋物面、拋物環面、柱面或球面，如環焦天線、卡塞格倫天線以及一些偏饋拋物面天線等。反射面天線具有優良的電性能以及簡單的結構，被廣泛應用在通信、雷達、無線電導航、射電天文和氣象等技術領域。但由于其體積較大，輪廓相對較高，外形特征明顯，當被應用于移動平臺或者公共場合時，會帶來很多不利的影響。
[0003]為了減小天線的體積，減少天線的重量，降低天線的輪廓，一些不同類型的天線被采用。如微帶天線和縫隙天線。這些天線在實際應用中表現出優良的性能，但它們的饋電網絡復雜，加工難度較高。
[0004]平行板波導被廣泛應用于通信領域，如平行板波導傳輸線，平行板移相器等微波器件，基于多層平行板波導結構的透鏡天線等。介質填充的平行板波導天線結構簡單，使用方便，具有較好的電性能以及較低的天線輪廓，廣泛應用于各種領域。但其對填充的介質材料要求很高，須具有極低的損耗正切值與穩定的物理性能和電性能，且加工難度較大，成本較高。
[0005]因此，期望提供一種改進的陣列天線。

【發明內容】

[0006]為了解決現有技術中的上述缺點和問題中的至少一個而提出本發明。基于現有技術存在的缺點，本發明提供了一種基于空氣填充的平行板波導結構的陣列天線。與介質填充的平行板波導陣列天線相比，具有加工難度低，重量輕，損耗小，電性能指標優良等特點。
[0007]本發明通過使用空氣填充的平行板波導作為主要饋電與輻射部件，避免了由介質材料所造成的損耗及加工難度。通過使用輻射格柵避免了由空氣填充的平行板波導陣列天線方向圖出現柵瓣。通過使用極化旋轉格柵，進一步優化了方向圖的旁瓣電平。
[0008]根據一個方面，本發明提出了一種基于空氣填充的平行板波導結構的陣列天線，包括:縫隙波導饋電部分，用于將標準波導接口過渡到空氣填充的平行板波導；空氣填充的平行板波導傳輸與輻射部分，用于通過串并饋的方式形成平行板陣列并且給每一個陣元饋電；輻射格柵部分，用于消除由空氣填充的平行板波導輻射單元之間間距等于一個自由空間波長而導致的方向圖柵瓣；以及極化旋轉格柵部分，用于優化方向圖。
[0009]可選地，所述縫隙波導饋電部分通過在波導的寬邊或窄邊開一系列耦合縫隙，將能量通過耦合的方式饋電給空氣填充的平行板波導。
[0010]可選地，所述縫隙是以縱縫或傾斜縫中的至少一個的形式。
[0011]可選地，對每一個縫隙的阻抗值進行調整及分配，使得阻抗匹配并且滿足能量按規律分布。
[0012]可選地，所述空氣填充的平行板波導傳輸與福射部分T型功分器、饋電傳輸層、和輻射陣元。
[0013]可選地，基于阻抗匹配來設計所述饋電傳輸層。
[0014]可選地，所述輻射格柵部分使得平行板波導內傳輸的電磁波波長小于自由空間波長。
[0015]根據另一個方面，本發明提出了一種基于空氣填充的平行板波導結構的陣列天線，包括:縫隙波導饋電部分，用于將標準波導接口過渡到空氣填充的平行板波導；空氣填充的平行板波導傳輸與輻射部分，用于通過串并饋的方式形成平行板陣列并且給每一個陣元饋電，其中，在平行板波導下底板上開一系列與傳輸方向垂直的凹槽，使平行板傳輸線變為慢波結構的傳輸線，平行板間傳輸的電磁波變為慢波，并且電磁波的波長小于自由空間的波長；以及極化旋轉格柵部分，用于優化方向圖，
[0016]可選地，所述縫隙波導饋電部分通過在波導的寬邊或窄邊開一系列耦合縫隙，將能量通過耦合的方式饋電給空氣填充的平行板波導。
[0017]可選地，所述縫隙是以縱縫或傾斜縫中的至少一個的形式。
[0018]可選地，對每一個縫隙的阻抗值進行調整及分配，使得阻抗匹配并且滿足能量按規律分布。
[0019]可選地，所述空氣填充的平行板波導傳輸與福射部分T型功分器、饋電傳輸層、和輻射陣元。
[0020]可選地，基于阻抗匹配來設計所述饋電傳輸層。
【附圖說明】
[0021]通過下面結合附圖進行的描述，本發明一些示范性實施例的上述和其他方面、特征和優點對于本領域技術人員來說將變得顯而易見，其中:
[0022]圖1是根據本發明的一個實施例的基于空氣填充的平行板波導結構的陣列天線的結構圖；
[0023]圖2是示出根據本發明的一個實施例的通過縫隙波導給平行板饋電的結構；
[0024]圖3是示出根據本發明的一個實施例的空氣填充的平行板波導傳輸與輻射部分的結構圖；
[0025]圖4是示出根據本發明的一個實施例的T功分器的結構圖；
[0026]圖5(a)_5(c)是分別示出根據本發明的實施例的饋電傳輸層的結構圖；
[0027]圖6示出在平行板波導的下底板上開一系列與傳輸方向垂直的凹槽的結構圖；
[0028]圖7 (a) -7 (e)分別示出了輻射層的典型結構圖；
[0029]圖8 (a)和8 (b)分別示出了輻射格柵的結構圖；
[0030]圖9(a)和9(b)是分別示出無輻射格柵時方向圖的仿真與實測結果的圖；
[0031]圖9(c)和9(d)是分別示出帶有輻射格柵時方向圖的仿真與實測結果的圖；
[0032]圖10示出了極化旋轉格柵的結構圖；
[0033]圖11示出了有無極化旋轉格柵時天線E面的方向圖對比；
[0034]圖12示出了根據一個實施例的基于空氣填充的平行板波導結構的陣列天線的E面各頻點方向圖；
[0035]圖13示出了根據一個實施例的基于空氣填充的平行板波導結構的陣列天線的H面各頻點方向圖；以及
[0036]圖14示出了根據一個實施例的基于空氣填充的平行板波導結構的陣列天線的VSffR曲線。
【具體實施方式】
[0037]提供參考附圖的下面描述以幫助全面理解本發明的示范性實施例。其包括各種細節以助于理解，而應當將它們認為僅僅是示范性的。因此，本領域普通技術人員應當認識至IJ，可以對這里描述的實施例做出各種改變和修改，而不會背離本發明的范圍和精神。同樣，為了清楚和簡明，省略了對公知功能和結構的描述。
[0038]圖1是根據本發明的一個實施例的基于空氣填充的平行板波導結構的陣列天線的結構圖。
[0039]如圖1所示，根據本發明的一個實施例的基于空氣填充的平行板波導結構的陣列天線包括縫隙波導饋電部分、空氣填充的平行板波導傳輸與輻射部分、輻射格柵部分以及極化旋轉格柵部分。根據本發明的陣列天線也可以包括其它的輔助部分，例如包括介質基板間的支撐部分、外圍結構的緊固部分以及接口轉換部分等。根據本發明的陣列天線的各部分的材質及其之間的連接可以適當選擇，例如縫隙波導饋電部分可為全金屬機械加工結構，通過螺釘、焊接或插接等方式與空氣填充的平行板波導進行連接；平行板波導傳輸與輻射部分也可以為全金屬機械加工結構，通過螺釘、焊接或插接方式進行內部連接；輻射格柵部分可通過膠粘連或者螺釘固定在平行板波導的輻射口面上，其另一側可通