本實(shí)用新型涉及波導(dǎo)天線領(lǐng)域，具體是一種基于多層結(jié)構(gòu)和透射增強(qiáng)現(xiàn)象的雙頻高增益波導(dǎo)縫隙天線。

背景技術(shù)：

目前，光和電磁波在亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)上的透射增強(qiáng)現(xiàn)象已經(jīng)逐漸得到越來越多學(xué)者們的關(guān)注，成為新的研究熱點(diǎn)。這種現(xiàn)象在光學(xué)器件的設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，電磁學(xué)的研究者們將這種現(xiàn)象逐漸引入到了微波器件的設(shè)計(jì)中，目前市場(chǎng)上已經(jīng)有了喇叭天線，孔徑耦合天線，波導(dǎo)縫隙天線的應(yīng)用。

2004年，M. Beruete小組率先將透射增強(qiáng)特性應(yīng)用于微波波段喇叭天線的設(shè)計(jì)中。他們?cè)诶忍炀€輻射口徑的兩側(cè)對(duì)稱地刻蝕凹槽，將透射增強(qiáng)現(xiàn)象引入天線的設(shè)計(jì)中，建設(shè)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(duì)稱刻蝕凹槽應(yīng)用到孔徑耦合天線上面，實(shí)現(xiàn)了增益的大幅度提高，通過與傳統(tǒng)天線相比較，所設(shè)計(jì)天線的HPBW減小了100°以上。

2011年，Yohei Miura等人設(shè)計(jì)了一款多層結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)陣列縫隙天線，多層結(jié)構(gòu)的應(yīng)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(jié)構(gòu)，通過波導(dǎo)饋電，成功在Ku-band頻段實(shí)現(xiàn)了寬頻帶高增益的特性。

隨著研究的深入，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者們的研究成果有目共睹，這更加證明了透射增強(qiáng)在微波器件的應(yīng)用的可能性。為了適應(yīng)現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展要求，設(shè)備不斷小型化，雙頻或多頻通信系統(tǒng)集成于一體是發(fā)展的方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是提供一種基于多層結(jié)構(gòu)和透射增強(qiáng)現(xiàn)象的雙頻高增益波導(dǎo)縫隙天線，以結(jié)合透射增強(qiáng)特性的波導(dǎo)縫隙天線，實(shí)現(xiàn)雙頻、高增益、窄波束等特性。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：

基于多層結(jié)構(gòu)和透射增強(qiáng)現(xiàn)象的雙頻高增益波導(dǎo)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(shè)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(tái)，矩形凸臺(tái)寬度與矩形凹口寬度一致，矩形凸臺(tái)的高度小于矩形凹口的高度，矩形凹口中位于矩形凸臺(tái)兩側(cè)分別成型有階梯缺陷結(jié)構(gòu)，矩形凸臺(tái)中成型有矩形凹槽，矩形凹槽四周內(nèi)壁中間位置分別向矩形凹槽內(nèi)垂直成型有隔墻，其中左、右側(cè)隔墻位置對(duì)稱，前、后側(cè)隔墻位置對(duì)稱，四個(gè)隔墻寬度相同但長(zhǎng)度不同，矩形凹槽底部位于前、后側(cè)隔墻之間設(shè)有耦合孔，耦合孔前后方向的長(zhǎng)度接近半波波長(zhǎng)，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(tái)長(zhǎng)寬匹配，上層輻射模塊中設(shè)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(tái)上，且上層輻射模塊中的矩形孔可分別與矩形凸臺(tái)中的矩形凹槽連通。

所述的基于多層結(jié)構(gòu)和透射增強(qiáng)現(xiàn)象的雙頻高增益波導(dǎo)縫隙天線，其特征在于：每側(cè)的階梯缺陷結(jié)構(gòu)分別為內(nèi)、外側(cè)兩級(jí)階梯缺陷結(jié)構(gòu)，其中外側(cè)階梯缺陷結(jié)構(gòu)深度大于內(nèi)側(cè)階梯缺陷結(jié)構(gòu)深度。

所述的基于多層結(jié)構(gòu)和透射增強(qiáng)現(xiàn)象的雙頻高增益波導(dǎo)縫隙天線，其特征在于：上層輻射模塊中每個(gè)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(shí)現(xiàn)更有效的輻射。

所述的基于多層結(jié)構(gòu)和透射增強(qiáng)現(xiàn)象的雙頻高增益波導(dǎo)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(shí)現(xiàn)雙頻性能，同時(shí)提升天線的增益。

所述的基于多層結(jié)構(gòu)和透射增強(qiáng)現(xiàn)象的雙頻高增益波導(dǎo)縫隙天線，其特征在于：下層匹配模塊矩形凹槽內(nèi)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(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)良好的阻抗匹配，尤其對(duì)高頻率處的頻率特性有著顯著影響。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為：

本實(shí)用新型具有雙頻帶，高增益，窄波束的特性，符合市場(chǎng)上Ku波段通信要求。

附圖說明

圖1 本實(shí)用新型的實(shí)施例一種新型的雙頻高增益波導(dǎo)縫隙天線。

圖2本實(shí)用新型的實(shí)施例一種新型的雙頻高增益波導(dǎo)縫隙天線上層鋁板示意圖。

圖3 本實(shí)用新型的實(shí)施例雙頻下層開腔鋁板的俯視圖。

圖4 本實(shí)用新型實(shí)施例新型雙頻天線的S參數(shù)曲線。

圖5 本實(shí)用新型實(shí)施例新型雙頻天線在12.7GHz的遠(yuǎn)場(chǎng)H,E面的方向圖。

圖6本實(shí)用新型實(shí)施例新型雙頻天線在15.1GHz的遠(yuǎn)場(chǎng)H,E面的方向圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2、圖3所示，基于多層結(jié)構(gòu)和透射增強(qiáng)現(xiàn)象的雙頻高增益波導(dǎo)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(shè)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(tái)4，矩形凸臺(tái)4寬度與矩形凹口3寬度一致，矩形凸臺(tái)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(tái)4兩側(cè)分別成型有階梯缺陷結(jié)構(gòu)5，矩形凸臺(tái)4中成型有矩形凹槽6，矩形凹槽6四周內(nèi)壁中間位置分別向矩形凹槽內(nèi)垂直成型有隔墻7，其中左、右側(cè)隔墻位置對(duì)稱，前、后側(cè)隔墻位置對(duì)稱，四個(gè)隔墻寬度相同但長(zhǎng)度不同，矩形凹槽6底部位于前、后側(cè)隔墻之間設(shè)有耦合孔8，耦合孔8前后方向的長(zhǎng)度接近半波波長(zhǎng)，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(tái)4長(zhǎng)寬匹配，上層輻射模塊1中設(shè)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(tái)4上，且上層輻射模塊1中的矩形孔9可分別與矩形凸臺(tái)4中的矩形凹槽6連通。

每側(cè)的階梯缺陷結(jié)構(gòu)5分別為內(nèi)、外側(cè)兩級(jí)階梯缺陷結(jié)構(gòu)，其中外側(cè)階梯缺陷結(jié)構(gòu)深度大于內(nèi)側(cè)階梯缺陷結(jié)構(gòu)深度。

上層輻射模塊1中每個(gè)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(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)雙頻性能，同時(shí)提升天線的增益。

下層匹配模塊2矩形凹槽6內(nèi)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(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)良好的阻抗匹配，尤其對(duì)高頻率處的頻率特性有著顯著影響。

本實(shí)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(gè)角都做了圓角處理，電磁波可以在有限的矩形孔尺寸下實(shí)現(xiàn)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(gè)隔墻；下層匹配模塊的矩形凹槽中設(shè)置了對(duì)稱的階梯形式缺陷結(jié)構(gòu)。天線通過波導(dǎo)饋電，電磁波通過下層匹配模塊的中間的耦合孔耦合進(jìn)天線內(nèi)部。整個(gè)天線的材料選擇為鋁。本天線的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)可以近似參考下面公式：

本實(shí)用新型的實(shí)施例的一種新型的雙頻高增益的波導(dǎo)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(shí)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(gè)角都做了圓角處理。

圖3為本實(shí)用新型的下層匹配模塊，在模塊的中間設(shè)有矩形凹槽，矩形凹槽內(nèi)有前后左右四個(gè)隔墻，隔墻的厚度都是t3，長(zhǎng)度不同；下層匹配模塊兩側(cè)的階梯缺陷結(jié)構(gòu)中，內(nèi)、外側(cè)深度分別為d和d1，靠外側(cè)的結(jié)構(gòu)深度d1要大于內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)深度d；電磁波通過下層匹配模塊的中間的耦合孔耦合進(jìn)天線內(nèi)部，耦合孔的長(zhǎng)度i接近半波波長(zhǎng),即0.5λ。

圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例一種新型的雙頻高增益的波導(dǎo)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(shí)用新型的實(shí)施例的波導(dǎo)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(duì)本實(shí)用新型所公開了的一種雙頻波導(dǎo)縫隙天線，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用的方法及其核心思想。同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，根據(jù)本實(shí)用新型的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。