[发明专利]栅缝地共面波导馈电电容加载阶跃阻抗的半槽天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种槽缝天线，尤其是一种栅缝地共面波导馈电电容加载阶跃阻抗的半槽天线。

背景技术

槽缝天线是振子天线的对偶天线，有着广泛的应用。但是，普通的槽缝天线不仅辐射槽缝本身的长度要有二分之一波长，而且辐射槽缝周围还需要较大的金属地面积，通常金属地的长度比槽缝的长度大二分之一波长，金属地的宽度比槽缝的宽度大二分之一波长。较大的金属地会使得槽缝天线不适合多输入多输出(MIMO)应用，导致天线的交叉极化变差，这些都将导致频谱效率和信道容量的下降。同时槽缝的阻抗很大，还使得槽缝天线馈电传输线的阻抗匹配比较困难。同时现代通信的发展还要求天线可以多频带工作、并且两个频带可以分别调节。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提出一种栅缝地共面波导馈电电容加载阶跃阻抗的半槽天线，该天线不仅可以有多个工作频带，而且多个频带可以分别调节；该天线可以减小辐射槽缝的长度和金属地的面积，而且具有抑制交叉极化、改善隔离、减小遮挡的作用。

技术方案：本发明的栅缝地共面波导馈电电容加载阶跃阻抗的半槽天线包括介质基板、设置在介质基板上的金属地和辐射槽缝、共面波导馈线；介质基板的一面是金属地和共面波导馈线，共面波导馈线的接地面就是金属地；金属地上有辐射槽缝，辐射槽缝的形状是矩形，辐射槽缝位于金属地的中心；金属地上多条平行栅缝构成的栅缝阵列，栅缝的形状是矩形，栅缝位于辐射槽缝的四周，栅缝与辐射槽缝相互垂直；栅缝的一端短路；栅缝的另一端开路，位于介质基板的边缘；辐射槽缝的一端短路，另一端开路；在辐射槽缝靠近开路端部分，有数个电容并联跨接在辐射槽缝的两个边缘，使得辐射槽缝靠近开路端部分的特性阻抗变低，形成低阻槽缝；辐射槽缝的其余部分是高阻槽缝，高阻槽缝和低阻槽缝一起构成阶跃阻抗辐射槽缝，产生一个频率较低的低频工作频带和一个频率较高的高频工作频带；共面波导馈线的一端是天线的端口，共面波导馈线另一端的导体跨过高阻槽缝，在高阻槽缝的边缘，与金属地连接。

改变介质基板的厚度、磁导率和介电常数，可以改变高阻槽缝和低阻槽缝的特性阻抗，改变阶跃阻抗辐射槽缝的高低阻抗比，进而改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。

改变低阻槽缝的长度、低阻槽缝在辐射槽缝中的位置，可以调节辐射槽缝的电长度，以实现不同程度的天线小型化，还可以改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。

改变栅缝阵列中相邻栅缝的间距、栅缝的宽度、栅缝短路端离辐射槽缝的距离，可以改变天线的工作频率、工作频带的宽度和辐射槽缝的电长度。

改变加载电容的数量、容值和间距，可以调节低阻槽缝的特性阻抗，改变阶跃阻抗辐射槽缝的高低阻抗比，进而改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。

改变辐射槽缝的宽度，可以调节低阻槽缝和高阻槽缝的特性阻抗，改变阶跃阻抗辐射槽缝的高低阻抗比，进而改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。

栅缝的电长度不应该取在四分之一，以避免引起谐振辐射，造成交叉极化的上升。

电容并联加载到辐射槽缝的两个边缘，不仅使得槽缝传输线的特性阻抗降低至易于与馈电传输线匹配额，而且还降低了槽缝传输线的相速，使得半波长辐射槽缝的长度减小，实现辐射槽缝进而天线的小型化。栅缝地共面波导馈电电容加载阶跃阻抗的半槽天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率主要由辐射槽缝的谐振频率确定，但是金属地的尺寸、共面波导馈线导体与辐射槽缝连接的位置也可以对天线的工作频率和匹配程度进行调节。由于辐射槽缝既有低阻槽缝又有高阻槽缝，构成了阶跃阻抗的辐射槽缝，不仅使得天线小型化，减小了交叉极化，也减小了金属地的尺寸，而且还可以使得天线有多个工作频带，而且改变低阻槽缝与高阻槽缝的相对长度和阻抗，可以分别调整两个工作频带的位置。金属地上的栅缝对辐射槽缝形成周期性的加载，又使得辐射槽缝变成周期性的慢波结构，进一步减小了天线的电尺寸；同时由于栅缝的方向与辐射槽缝的方向垂直，抑制了金属地上沿辐射槽缝方向的电流，并且使得沿辐射槽缝方向的剩余的电流分布的更集中，从而减小了交叉极化的辐射，也减小了金属地的尺寸。由于辐射槽缝3是四分之一波长的谐振结构，比通常两端短路的二分之一波长的辐射槽缝长度要小一半，因此天线的整体尺寸也相应减少，遮挡效应进一步降低。

有益效果：本发明的栅缝地共面波导馈电电容加载阶跃阻抗的半槽天线的有益效果是，该天线可以减小整个天线的电尺寸、实现小型化，同时该天线不仅可以有多个频带，而且多个频带可以分别调节，还具有抑制天线的交叉极化的作用。