一种适用于抗干扰的零点扫描漏波天线

1.本发明涉及移动通信基站天线技术领域，具体涉及一种适用于抗干扰的零点扫描漏波天线。


背景技术：

2.无论是在现代的通信系统中，还是在雷达领域，其需要天线能扫描的应用场景越来越多。相比于相控阵需要复杂的馈电网络实现波束扫描，漏波天线可以利用频率的改变进行波束扫描，且具有结构简单、成本低的优点。在单脉冲雷达等跟踪系统中，单波束扫描的波束宽度的影响会导致系统对目标角度的确定出现误差，容易受到干扰，所以通常会引入零点扫描功能来提高对外来干扰的抑制效果。其中一种解决方案是相控阵，改变相控阵的馈源激励，如泰勒综合、贝利斯综合等方法，从而形成和差波束方向图，但需要复杂的馈电网络。所以相比之下，利用漏波天线实现零点扫描功能具有潜在的应用和巨大的价值。
3.抗干扰天线在发展的同时也带来了新的问题，例如，有限的辐射单元导致天线辐射效果差，天线波束扫描范围窄，加工难度大，成本高，抗干扰效果差，所以零点扫描天线成为了抗干扰天线研究一个重要的内容。多频段、多系统共存对电路小型化、高效率的要求越来越高，而单个器件性能的提升非常困难。
4.针对上述技术问题，目前有人提出负载变容二极管实现零点扫描的方法，该方法可以较好地解决这类问题。通过调谐变容二极管的偏置电压，可以调节天线的谐振频率和相位，从而实现零点的扫描。然而通过负载变容二极管的设计不仅加大了天线的尺寸，还使得天线结构变得复杂，制造难度加大，进而导致生产成本提高，不适于大规模量产和推广。


技术实现要素：

5.本发明根据现有技术的不足，提出一种适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，基于双边天线本体和基片集成波导结构设计，不仅具有良好的辐射增益，较宽的工作频带，并且结构简单，可采用印刷电路工艺制作，进而方便大规模量产，有效降低生产成本。
6.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
7.一种适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，包括由下往上设置的金属底板、介质基板和辐射天线，所述金属底板的两侧边缘处设置有金属通孔，所述辐射天线包括右辐射体和左辐射体，所述右辐射体和左辐射体由多个辐射单元组成，所述右辐射体和左辐射体之间设有间隙，所述右辐射体和左辐射体均包括天线本体和馈线，所述馈线呈对称结构设置在天线本体两侧。
8.作为优选，所述馈线呈梯形结构，以优化匹配。
9.作为优选，所述馈线与天线本体配合构成辐射天线。
10.作为优选，所述金属通孔由下往上开设至辐射天线。
11.作为优选，所述右辐射体和左辐射体上均设置有两组线性排布的椭圆槽。
12.作为优选，所述椭圆槽上设置有两个相同大小的轴比。
13.作为优选，所述金属底板上设有接地层。
14.本发明具有以下的特点和有益效果：
15.第一、在馈线始端引入梯形的传输结构，通过引入所述结构可以更好地调节匹配，得到良好的端口隔离度；相比于其他天线，该方法可获得宽频带的驻波比特性；
16.第二、在辐射天线上设置对称的天线本体，即由两个具有波束指向的辐射单元组合而成的辐射阵列，相比于单一槽线构成的辐射天线结构，可在辐射方向图上产生一个辐射零点，提高天线的抗干扰能力，并展宽工作频带；
17.第三、调整辐射天线上天线本体的周期，可以影响辐射零点深度，进一步提高选择性；
18.第四、采用基片集成波导结构，通过引入金属通孔有效束缚场能量，实现较好地阻抗匹配；
19.第五、本发明结构简单，采用印刷电路工艺制作，方便大规模量产，组装简易，使用方便，易于推广。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例的结构示意图；
22.图2为本发明实施例中介质基板结构示意图；
23.图3为本发明实施例中馈线的结构示意图；
24.图4为本发明实施例中辐射天线的结构示意图
25.图5为图4中天线本体放大示意图；
26.图6为图1中金属底板结构示意图；
27.图7为本发明天线回波损耗(s11)仿真结果；
28.图8为本发明天线端口反射系数(s22)仿真结果；
29.图9为本发明天线的增益(gain)仿真结果；
30.图10、11、12、13为本发明天线分别在13ghz、14ghz、15ghz、16ghz工作频率下yz方向的远场辐射方向图；
31.图中，1-辐射天线；11-介质基板；3-金属底板；4-金属通孔；5-馈线；6-天线本体；7-椭圆槽；8-接地层；
具体实施方式
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗
示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.本发明提供了一种适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，如图1所示，包括金属底板3、辐射天线1和介质基板2，所述辐射天线1右辐射体和左辐射体，所述右辐射体和左辐射体之间设有间隙，所述右辐射体和左辐射体均包括槽线结构和馈线5，所述馈线5和天线本体贴附在介质基板2上。所述馈线5为梯形结构。
36.上述技术方案中，在馈线始端引入梯形的传输结构，通过引入所述结构可以更好地调节匹配。其中馈线5左端为馈电端，得到良好的阻抗匹配；相比于其他传统漏波天线，该方法可获得宽频带的驻波比特性。
37.具体的，介质基板2的整体宽度e1为13.7mm，整体长度e6为262.4mm，其中靠近馈电端的传输线为梯形结构，且宽度e2为3mm，金属通孔4的周期长度e3为3mm，直径d1为0.5mm，可以想到的，通过在天线两边加载金属通孔，形成基片集成波导结构，可以有效将场能量集中在结构内。采用电磁耦合馈电方式馈电，该方法辐射天线与馈线之间直接接触接触，通过电流相互耦合。所述馈电结构由两条梯型馈线构成，相比于普通馈线结构，梯型馈线可以实现较好地阻抗匹配，提高天线的带宽，并且能够有效减小天线的物理尺寸。
38.可以理解的，如图2所示，金属底板3上设置的金属通孔4是为了与上侧辐射天线之间形成金属通孔，通过这些金属通孔可以连接上下层。
39.本发明的进一步设置，如图4所示，所述介质基板2上贴有辐射天线1，所属槽线结构由左右两排椭圆槽组成。所述椭圆槽7用作辐射源，可以将场能量通过这些槽泄露出去，两边椭圆槽呈线性排布，周期不同。
40.具体的，所述槽线结构由椭圆槽7组成，左侧椭圆槽周期e5为12.8mm，数量为20个，右侧椭圆槽周期e4为11.57mm，数量为19个，其轴比均为3：1。
41.可以理解的，金属底板3采用金属材质设计，天线被激励时，所述金属底板3可将电磁波反射并产生辐射，在增加带宽的同时，还增强了天线的定向性。
42.其中，上下连接金属通孔4规格相同，直径均为d1，周期长度均为e3，可以实现上下侧金属材料的连接。
43.具体的，所属介质基板2的上下侧视图与金属地板3规格相同，其长度e6为262.4mm，宽度e1为13.7mm，相对介电常数为2.2。
44.可以理解的，介质基板上设置有金属通孔4，辐射天线、金属底板也设置有金属通孔，且规格相同，金属通孔数量为168个。
45.根据上述实施例记载的技术方案，综合利用ansys hfss仿真软件得到的结果，对
本发明的技术效果更进一步进行阐述和说明。
46.如图7所示，本实施例中在12.3—16.5ghz工作频带范围内s11均低于-10db；
47.如图8所示，本实施例中在12.4—16.5ghz频带范围内s22均低于-10db；
48.如图9所示，本实施例中在13—16.5ghz工作频带范围内的平均增益大于12.89dbi。
49.如图10、图11、图12、图13所示，本实施例中辐射天线在13ghz、14ghz、15ghz、16ghz工作频率下，从端口输入激励，yz方向的远场辐射方向图。
50.由上述仿真结果可得，本发明提出天线具有较宽的工作频带，在工作频带内的平均增益大于12.89dbi，且增益会随着频率的升高而由一定的增加，这主要归因于辐射效率的增加。同时，在工作频带范围内，均出现辐射零点，且具有频率扫描功能。在13—16.5ghz工作频带范围内，零点扫描角度约为40
°
，且扫描时波束变化较小，性能较优。在抗干扰和无线通信具有广泛的应用前景。
51.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式包括部件进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，其特征在于，包括由下往上设置的辐射天线(1)、介质基板(2)和金属底板(3)，所述辐射天线(1)包括左辐射体和右辐射体，所述左辐射体和右辐射体之间设有间隙，所述辐射体包括天线本体(6)和馈线(5)，所述馈线(5)呈对称结构设置在天线本体(6)两侧。2.根据权利要求1所述的适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，其特征在于，所述馈线(5)呈梯形结构。3.根据权利要求1所述的适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，其特征在于，所述天线本体(6)上均设置有两组线性排布的椭圆槽(7)。4.根据权利要求1所述的适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，其特征在于，两组所述椭圆槽(7)配合构成槽线结构。5.根据权利要求1或2或3所述的适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，其特征在于，所述金属底板(3)的两侧边缘处设置有金属通孔(4)，所述金属通孔(4)由下往上开设至辐射天线(1)。6.根据权利要求3或4所述的适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，其特征在于，两组线性排布的所述椭圆槽(7)上设置有两个相同大小的轴比。7.根据权利要求1所述的适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，其特征在于，所述金属底板(3)上设有接地层(8)。8.根据权利要求1所述的适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，其特征在于，所述介质基板(2)的整体宽度e1为13.7mm，整体长度e6为262.4mm，所述馈线(5)宽度e2为3mm，所述金属通孔4的周期长度e3为3mm，直径d1为0.5mm。9.根据权利要求5所述的适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，其特征在于，其中一组所述椭圆槽(7)周期e5为12.8mm，数量为20个，另一组所述椭圆槽(7)周期e4为11.57mm，数量为19个。10.根据权利要求1所述的适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，其特征在于，所述介质基板(2)与金属地板(3)规格相同，其长度e6为262.4mm，宽度e1为13.7mm，相对介电常数为2.2。

技术总结
本发明公开了一种适用于抗干扰的零点扫描漏波天线，包括由下往上设置的金属底板、介质基板和辐射天线，所述金属底板的两侧边缘处设置有金属通孔，所述辐射天线右辐射体和左辐射体，所述右辐射体和左辐射体由多个辐射单元组成，所述右辐射体和左辐射体之间设有间隙，所述右辐射体和左辐射体均包括天线本体和馈线，所述馈线呈对称结构设置在天线本体两侧。基于槽线结构和基片集成波导结构设计，不仅具有良好的带外抑制性能，较宽的工作频带，并且结构简单，可采用印刷电路工艺制作，进而方便大规模量产，有效降低生产成本。有效降低生产成本。有效降低生产成本。


技术研发人员：代喜望 付杨辉 李泽 赵军事 俞伟良 罗国清
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/7/25