CN102800970B

CN102800970B - 一种加载介质-金属复合透镜的h面印刷喇叭天线

Info

Publication number: CN102800970B
Application number: CN201210268975.3A
Authority: CN
Inventors: 林澍; 刘曦; 马欣茹; 田雨; 陆加; 王立娜; 王力卓
Original assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Current assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2032-07-31
Also published as: CN102800970A

Abstract

一种加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线，它涉及一种喇叭天线。本发明为解决H面喇叭的馈电方式为同轴线馈电影响喇叭的集成的问题。透孔化印刷型喇叭两侧边缘处对称设置有多个第一金属化过孔，透孔化印刷型喇叭通过多个第一金属化过孔连接；透孔化金属透镜由多个透孔化金属片构成，多个透孔化金属片双面对应印刷在介质基板上，多个透孔化金属片沿横向相互平行设置，多个透孔化金属片沿透孔化印刷型喇叭的中心线对称设置，每个透孔化金属片上沿长度方向设置有多个第二金属化过孔，上下相对的两个透孔化金属片通过相应的第二金属化过孔连接。本发明用于无线通信系统中作为发射或接收电磁波的元件。

Description

一种加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线

技术领域

本发明涉及一种喇叭天线，属于无线电技术领域。

背景技术

喇叭天线是非常常见的一种天线形式，也是较早使用的一种天线形式，应用最广泛的频段在1GHz以上。喇叭天线本身具有很多的优势，较高的增益、很低的驻波比、而且可以在很宽的频带内实现较好的性能。喇叭天线的理论分析比较容易也使得设计更容易贴合理论预测的结果，因此在天线测试中喇叭仍然是应用最多的一种标准比较天线。喇叭天线按照喇叭张角的方式有三种，沿着波导宽边张角的是H面喇叭天线、这种命名方式是因为在主模工作的时候电场的方向是垂直宽边的。

现有的H面喇叭天线存在的不足是：H面喇叭的馈电方式为同轴线馈电，影响喇叭天线的集成化。

发明内容

本发明为解决现有的H面喇叭的馈电方式为同轴线馈电，影响喇叭天线的集成化的问题，进而提供了一种加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线包括透孔化印刷型喇叭和介质基板，所述透孔化印刷型喇叭双面对应印刷在介质基板上，所述喇叭天线还包括馈电平衡微带线、加载介质板和透孔化金属透镜，加载介质板与透孔化印刷型喇叭的大端连接为一体，所述馈电平衡微带线印刷在介质基板的上端面上，所述馈电平衡微带线与透孔化印刷型喇叭的小端连接为一体，所述透孔化印刷型喇叭两侧边缘处对称设置有多个第一金属化过孔，透孔化印刷型喇叭每侧边缘相邻的两个金属化过孔的间距相等设置，透孔化印刷型喇叭通过多个第一金属化过孔连接；透孔化金属透镜由多个透孔化金属片构成，多个透孔化金属片双面对应印刷在加载介质板上，多个透孔化金属片沿横向相互平行设置，多个透孔化金属片沿透孔化印刷型喇叭的中心线对称设置，每个透孔化金属片上沿长度方向设置有多个第二金属化过孔，上下相对的两个透孔化金属片通过相应的第二金属化过孔连接。

本发明具有以下有益效果：

本发明的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线采用平衡微带线馈电，与现有的H面喇叭的馈电方式采用同轴线馈电相比，馈电结构简单紧凑，充分利用了天线空间，便于天线的集成化；同时本发明的宽带高增益印刷型H面喇叭天线采用金属化透孔的结构实现了天线的印刷化，也有利于天线的集成化；

本发明的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线采用加载介质板和透孔化金属透镜加载，阻抗带宽达到了15.2GHz～18.2GHz，相对带宽达到了18%，工作带宽内增益普遍超过10dB，最大达到10.5dB，属于高增益定向天线，与现有的没有加载金属透镜的H面喇叭天线相比，阻抗带宽内同一频点下的增益增加普遍超过3dB，最大增加为3.5dB，因此本发明的天线具有较宽的带宽，同时具有较高的增益；

本发明的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线采用印刷结构，印刷结构通过透孔化结构，使天线非常便于集成和小型化；

本发明的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线的带宽在Ku波段，

在现有的H面印刷喇叭天线的工作频率是最低的。

附图说明

图1是本发明的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线的主视图，图2是本发明的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线金属化过孔的布局主视图，图3是本发明加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线的驻波系数与频率的关系图，图4是本发明的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线在工作频带内的典型频点16.4GHz处的E面和H面的方向图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～4说明，本实施方式的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线包括透孔化印刷型喇叭1和介质基板3，所述透孔化印刷型喇叭1双面对应印刷在介质基板3上，所述喇叭天线还包括馈电平衡微带线2、加载介质板4和透孔化金属透镜5，加载介质板4与透孔化印刷型喇叭1的大端连接为一体，所述馈电平衡微带线2印刷在介质基板3的上端面上，所述馈电平衡微带线2与透孔化印刷型喇叭1的小端连接为一体，所述透孔化印刷型喇叭1两侧边缘处对称设置有多个第一金属化过孔6，透孔化印刷型喇叭1每侧边缘相邻的两个金属化过孔6的间距d相等设置，透孔化印刷型喇叭1通过多个第一金属化过孔6连接；透孔化金属透镜5由多个透孔化金属片5-1构成，多个透孔化金属片5-1双面对应印刷在加载介质板4上，多个透孔化金属片5-1沿横向相互平行设置，多个透孔化金属片5-1沿透孔化印刷型喇叭1的中心线对称设置，每个透孔化金属片5-1上沿长度方向设置有多个第二金属化过孔7，上下相对的两个透孔化金属片5-1通过相应的第二金属化过孔7连接。

本发明的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线是一块双面的印刷电路板，加载介质板4相当于加载介质，透孔化金属透镜5相当于金属复合透镜；

介质基板3的厚度T1为5mm，介质基板3的相对介电常数εr为4.4，印刷在介质基板3正面和背面的金属结构完全相同。

本发明的透孔化印刷型喇叭1开口处梯形上底W6为19～20㎜，下底W7为10～11㎜，梯形高L5为4～5㎜，梯形下方的矩形部分的宽与上述梯形的下底W7一致设置，矩形长L6为12～13㎜；

第一金属化过孔6和第二金属化过孔7均为圆柱形孔，孔径D为0.5㎜，孔高与介质基板3的厚度一致设置，第一金属化过孔6和第二金属化过孔7起到了在不改变透孔化金属透镜5阻抗带宽的情况下提高增益，在工作带宽下，同一频点有金属透镜和无金属透镜相比增益普遍提高了超过3dB，最大增幅达到了3.5dB；采用平衡微带线馈电，充分利用了天线空间，馈电结构紧凑而方便，利于天线的小型化；整个喇叭采用透孔化结构实现了将两层金属和中间介质相连，实现了天线的印刷化，利于天线的集成化和批量生产。

具体实施方式二：结合图1说明，加载介质板4的长度W1为41～45㎜，加载介质板4的宽度L1为12～13㎜。如此设计，与不加载本介质板相比，可以提高增益。其它组成与连接关系与实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1～2说明，本实施方式透孔化金属片5-1的数量为九个，其中一个透孔化金属片5-1位于透孔化印刷型喇叭1的中心线上，余下的八个透孔化金属片5-1沿透孔化印刷型喇叭1的中心线对称设置。如此设计，形成了一个等效的金属透镜，能有效会聚电磁波，可以在天线的工作带宽内显著提高天线增益。其它组成与连接关系与实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式由外向内第一个透孔化金属片5-1的长度L3为8～8.5㎜，由外向内第二个透孔化金属片5-1的长度L4为10～10.5㎜，由外向内第三个透孔化金属片5-1的长度L1与加载介质板4的宽度L1相等设置，由外向内第四个透孔化金属片5-1的长度L2为4.5～5㎜，位于中间的透孔化金属片5-1的长度L9为2.5～3㎜。如此设计，优化了金属透镜的结构尺寸，使其会聚电磁波的能力得到有效提高。其它组成与连接关系与实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1说明，本实施方式透孔化印刷型喇叭1的大端的宽度W6为19～20㎜，透孔化印刷型喇叭1的小端的宽度W7为10～11㎜。如此设计，有效地实现了传输线的渐变型张开，降低了不连续处的反射能量。其它组成与连接关系与实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：结合图1说明，本实施方式所述馈电平衡微带线2由梯形印刷片2-1和矩形印刷片2-2构成，梯形印刷片2-1的小端与矩形印刷片的一端2-2连接，梯形印刷片2-1的大端与透孔化印刷型喇叭1的小端连接，梯形印刷片2-1的上底与透孔化印刷型喇叭1的小端的宽度W7一致设置，梯形印刷片2-1的下底W8为8～8.5㎜，梯形印刷片2-1的高L7为4～4.5㎜，矩形印刷片2-2的长L8为10～11㎜，矩形印刷片2-2的宽与梯形印刷片2-1的下底W8一致设置。如此设计，可以实现平衡微带线与印刷型喇叭天线的良好过渡，有利于降低不连续处的反射，另外采用平衡微带线给喇叭天线馈电，该馈线不仅能够和传统的同轴馈线相连，也可以和现代的印刷型传输线方便地连接。其它组成与连接关系与实施方式五相同。

Claims

1.一种加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线，所述喇叭天线包括透孔化印刷型喇叭（1）和介质基板（3），所述透孔化印刷型喇叭（1）双面对应印刷在介质基板（3）上，其特征在于：所述喇叭天线还包括馈电平衡微带线（2）、加载介质板（4）和透孔化金属透镜（5），加载介质板（4）与透孔化印刷型喇叭（1）的大端连接为一体，所述馈电平衡微带线（2）印刷在介质基板（3）的上端面上，所述馈电平衡微带线（2）与透孔化印刷型喇叭（1）的小端连接为一体，所述透孔化印刷型喇叭（1）两侧边缘处对称设置有多个第一金属化过孔（6），透孔化印刷型喇叭（1）每侧边缘相邻的两个金属化过孔（6）的间距（d）相等设置，透孔化印刷型喇叭（1）通过多个第一金属化过孔（6）连接；透孔化金属透镜（5）由多个透孔化金属片（5-1）构成，多个透孔化金属片（5-1）双面对应印刷在加载介质板（4）上，多个透孔化金属片（5-1）沿横向相互平行设置，多个透孔化金属片（5-1）沿透孔化印刷型喇叭（1）的中心线对称设置，每个透孔化金属片（5-1）上沿长度方向设置有多个第二金属化过孔（7），上下相对的两个透孔化金属片（5-1）通过相应的第二金属化过孔（7）连接。

2.根据权利要求1所述的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线，其特征在于：加载介质板（4）的长度（W1）为41～45㎜，加载介质板（4）的宽度（L1）为12～13㎜。

3.根据权利要求1或2所述的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线，其特征在于：透孔化金属片（5-1）的数量为九个，其中一个透孔化金属片（5-1）位于透孔化印刷型喇叭（1）的中心线上，余下的八个透孔化金属片（5-1）沿透孔化印刷型喇叭（1）的中心线对称设置。

4.根据权利要求3所述的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线，其特征在于：由外向内第一个透孔化金属片（5-1）的长度（L3）为8～8.5㎜，由外向内第二个透孔化金属片（5-1）的长度（L4）为10～10.5㎜，由外向内第三个透孔化金属片（5-1）的长度（L1）与加载介质板（4）的宽度（L1）相等设置，由外向内第四个透孔化金属片（5-1）的长度（L2）为4.5～5㎜，位于中间的透孔化金属片（5-1）的长度（L9）为2.5～3㎜。

5.根据权利要求1、2或4所述的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线，其特征在于：透孔化印刷型喇叭（1）的大端的宽度（W6）为19～20㎜，透孔化印刷型喇叭（1）的小端的宽度（W7）为10～11㎜。

6.根据权利要求5所述的加载介质-金属复合透镜的H面印刷喇叭天线，其特征在于：所述馈电平衡微带线（2）由梯形印刷片（2-1）和矩形印刷片（2-2）构成，梯形印刷片（2-1）的小端与矩形印刷片的一端（2-2）连接，梯形印刷片（2-1）的大端与透孔化印刷型喇叭（1）的小端连接，梯形印刷片（2-1）的上底与透孔化印刷型喇叭（1）的小端的宽度（W7）一致设置，梯形印刷片（2-1）的下底（W8）为8～8.5㎜，梯形印刷片（2-1）的高（L7）为4～4.5㎜，矩形印刷片（2-2）的长（L8）为10～11㎜，矩形印刷片（2-2）的宽与梯形印刷片（2-1）的下底（W8）一致设置。