基于多層結構和透射增強現象的雙頻高增益波導縫隙天線的制作方法

本實用新型涉及波導天線領域，具體是一種基于多層結構和透射增強現象的雙頻高增益波導縫隙天線。

背景技術：

目前，光和電磁波在亞波長結構上的透射增強現象已經逐漸得到越來越多學者們的關注，成為新的研究熱點。這種現象在光學器件的設計領域得到了廣泛的運用，電磁學的研究者們將這種現象逐漸引入到了微波器件的設計中，目前市場上已經有了喇叭天線，孔徑耦合天線，波導縫隙天線的應用。

2004年，M. Beruete小組率先將透射增強特性應用于微波波段喇叭天線的設計中。他們在喇叭天線輻射口徑的兩側對稱地刻蝕凹槽，將透射增強現象引入天線的設計中，建設性的將天線的增益提高了14dB，并將天線半功率波瓣寬度減小至13°。2010年的，Qin Kun將對稱刻蝕凹槽應用到孔徑耦合天線上面，實現了增益的大幅度提高，通過與傳統天線相比較，所設計天線的HPBW減小了100°以上。

2011年，Yohei Miura等人設計了一款多層結構的波導陣列縫隙天線，多層結構的應用，使得天線的帶寬和增益大幅度提高。2013年，Huang Guan-Long等人采用多層結構，通過波導饋電，成功在Ku-band頻段實現了寬頻帶高增益的特性。

隨著研究的深入，國內外的學者們的研究成果有目共睹，這更加證明了透射增強在微波器件的應用的可能性。為了適應現代通信技術的發展要求，設備不斷小型化，雙頻或多頻通信系統集成于一體是發展的方向。

技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種基于多層結構和透射增強現象的雙頻高增益波導縫隙天線，以結合透射增強特性的波導縫隙天線，實現雙頻、高增益、窄波束等特性。

為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案為：

基于多層結構和透射增強現象的雙頻高增益波導縫隙天線，其特征在于：包括上層輻射模塊和下層匹配模塊，上層輻射模塊和下層匹配模塊均為矩形的鋁板，其中下層匹配模塊中設有矩形凹口，矩形凹口寬度與下層匹配模塊寬度一致，矩形凹口中間成型有矩形凸臺，矩形凸臺寬度與矩形凹口寬度一致，矩形凸臺的高度小于矩形凹口的高度，矩形凹口中位于矩形凸臺兩側分別成型有階梯缺陷結構，矩形凸臺中成型有矩形凹槽，矩形凹槽四周內壁中間位置分別向矩形凹槽內垂直成型有隔墻，其中左、右側隔墻位置對稱，前、后側隔墻位置對稱，四個隔墻寬度相同但長度不同，矩形凹槽底部位于前、后側隔墻之間設有耦合孔，耦合孔前后方向的長度接近半波波長，所述耦合孔豎向貫通下層匹配模塊，所述上層輻射模塊與矩形凸臺長寬匹配，上層輻射模塊中設有按2×2陣列排布的矩形孔，矩形孔分別豎向貫通上層輻射模塊，上層輻射模塊蓋合在矩形凸臺上，且上層輻射模塊中的矩形孔可分別與矩形凸臺中的矩形凹槽連通。

所述的基于多層結構和透射增強現象的雙頻高增益波導縫隙天線，其特征在于：每側的階梯缺陷結構分別為內、外側兩級階梯缺陷結構，其中外側階梯缺陷結構深度大于內側階梯缺陷結構深度。

所述的基于多層結構和透射增強現象的雙頻高增益波導縫隙天線，其特征在于：上層輻射模塊中每個矩形孔的四角分別做了圓角處理，通過2×2陣列排布的矩形孔，電磁波可以在有限的矩形孔尺寸下實現更有效的輻射。

所述的基于多層結構和透射增強現象的雙頻高增益波導縫隙天線，其特征在于：通過控制下層匹配模塊的厚度、矩形凹槽的大小以及上層輻射模塊的矩形孔大小，實現雙頻性能，同時提升天線的增益。

所述的基于多層結構和透射增強現象的雙頻高增益波導縫隙天線，其特征在于：下層匹配模塊矩形凹槽內壁的隔墻，可以很好抑制電磁波的高階模，通過控制矩形凹槽的大小和隔墻的位置、厚度、以及長度，實現良好的阻抗匹配，尤其對高頻率處的頻率特性有著顯著影響。

本實用新型的優點為：

本實用新型具有雙頻帶，高增益，窄波束的特性，符合市場上Ku波段通信要求。

附圖說明

圖1 本實用新型的實施例一種新型的雙頻高增益波導縫隙天線。

圖2本實用新型的實施例一種新型的雙頻高增益波導縫隙天線上層鋁板示意圖。

圖3 本實用新型的實施例雙頻下層開腔鋁板的俯視圖。

圖4 本實用新型實施例新型雙頻天線的S參數曲線。

圖5 本實用新型實施例新型雙頻天線在12.7GHz的遠場H,E面的方向圖。

圖6本實用新型實施例新型雙頻天線在15.1GHz的遠場H,E面的方向圖。

具體實施方式

如圖1、圖2、圖3所示，基于多層結構和透射增強現象的雙頻高增益波導縫隙天線，包括上層輻射模塊1和下層匹配模塊2，上層輻射模塊1和下層匹配模塊2均為矩形的鋁板，其中下層匹配模塊2中設有矩形凹口3，矩形凹口3寬度與下層匹配模塊2寬度一致，矩形凹口3中間成型有矩形凸臺4，矩形凸臺4寬度與矩形凹口3寬度一致，矩形凸臺4的高度小于矩形凹口3的高度，矩形凹口3中位于矩形凸臺4兩側分別成型有階梯缺陷結構5，矩形凸臺4中成型有矩形凹槽6，矩形凹槽6四周內壁中間位置分別向矩形凹槽內垂直成型有隔墻7，其中左、右側隔墻位置對稱，前、后側隔墻位置對稱，四個隔墻寬度相同但長度不同，矩形凹槽6底部位于前、后側隔墻之間設有耦合孔8，耦合孔8前后方向的長度接近半波波長，耦合孔8豎向貫通下層匹配模塊2，上層輻射模塊1與矩形凸臺4長寬匹配，上層輻射模塊1中設有按2×2陣列排布的矩形孔9，矩形孔9分別豎向貫通上層輻射模塊1，上層輻射模塊1蓋合在矩形凸臺4上，且上層輻射模塊1中的矩形孔9可分別與矩形凸臺4中的矩形凹槽6連通。

每側的階梯缺陷結構5分別為內、外側兩級階梯缺陷結構，其中外側階梯缺陷結構深度大于內側階梯缺陷結構深度。

上層輻射模塊1中每個矩形孔9的四角分別做了圓角處理，通過2×2陣列排布的矩形孔9，電磁波可以在有限的矩形孔尺寸下實現更有效的輻射。

通過控制下層匹配模塊2的厚度、矩形凹槽6的大小以及上層輻射模塊1的矩形孔9大小，實現雙頻性能，同時提升天線的增益。

下層匹配模塊2矩形凹槽6內壁的隔墻7，可以很好抑制電磁波的高階模，通過控制矩形凹槽6的大小和隔墻7的位置、厚度、以及長度，實現良好的阻抗匹配，尤其對高頻率處的頻率特性有著顯著影響。

本實用新型包括：上層輻射模塊和下層匹配模塊。其中，上層輻射模塊上面刻有2×2的陣列矩形孔，為了方便制作加工，矩形孔的四個角都做了圓角處理，電磁波可以在有限的矩形孔尺寸下實現更有效的輻射；而在下層匹配模塊的矩形凹槽中，有前后左右四個隔墻；下層匹配模塊的矩形凹槽中設置了對稱的階梯形式缺陷結構。天線通過波導饋電，電磁波通過下層匹配模塊的中間的耦合孔耦合進天線內部。整個天線的材料選擇為鋁。本天線的一些結構參數可以近似參考下面公式：

本實用新型的實施例的一種新型的雙頻高增益的波導縫隙天線見圖1，包括上層輻射模塊和下層匹配模塊。

圖2為本實用新型的上層輻射模塊，上面刻有2×2的陣列矩形孔，為了方便制作加工，矩形孔的四個角都做了圓角處理。

圖3為本實用新型的下層匹配模塊，在模塊的中間設有矩形凹槽，矩形凹槽內有前后左右四個隔墻，隔墻的厚度都是t3，長度不同；下層匹配模塊兩側的階梯缺陷結構中，內、外側深度分別為d和d1，靠外側的結構深度d1要大于內側結構深度d；電磁波通過下層匹配模塊的中間的耦合孔耦合進天線內部，耦合孔的長度i接近半波波長,即0.5λ。

圖4為本實用新型的實施例一種新型的雙頻高增益的波導縫隙天線的S11曲線示意圖。由圖可以看出，天線在12.7GHz、15.1GHz處的S11均小于-15dB，滿足Ku波段通信的工程需要。

圖5、圖6為本實用新型的實施例的波導縫隙天線天線在12.7GHz和15.1GHz處方向圖，由圖可知，天線具有良好的方向性和較窄的HPBW。

以上對本實用新型所公開了的一種雙頻波導縫隙天線，進行了詳細介紹，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用的方法及其核心思想。同時，對于本領域的一般技術人員，根據本實用新型的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。