本發(fā)明涉及一種廣播電視通信系統(tǒng)發(fā)射天線，尤其是指一種寬頻帶縫隙天線。

背景技術(shù)：

近十年來，由于通信技術(shù)的發(fā)展與逐漸成熟，有線電視系統(tǒng)不斷地被人們賦予更多的新內(nèi)涵要求。光纖傳輸技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、雙向傳輸技術(shù)、因特網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)等的采用，使得有線電視網(wǎng)所能傳輸?shù)碾娨暪?jié)目更遠(yuǎn)更快，傳輸?shù)墓?jié)目頻道數(shù)更多，傳輸?shù)墓?jié)目質(zhì)量更好。更為有意義的是，實現(xiàn)了電視節(jié)目、數(shù)據(jù)信息的雙向交互式傳送，建立了一個大容量的綜合信息傳輸網(wǎng)。有線電視網(wǎng)將把千家萬戶連結(jié)起來，把通信、計算機(jī)、廣播電視節(jié)目傳輸都納入這個綜合信息服務(wù)網(wǎng)中。有線電視作為我國發(fā)展最快的網(wǎng)絡(luò)之一，信號傳輸由模擬信號發(fā)展到今天的數(shù)字信號。發(fā)射站點功率降低，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，降低工程造價和維護(hù)成本。從80年代末到今天有線電視經(jīng)歷了由閉路電視系統(tǒng)發(fā)展成為各省市甚至全國聯(lián)網(wǎng)的第二大公用網(wǎng)絡(luò)。

有線電視系統(tǒng)主要由信號源、前端、干線傳輸和用戶分配網(wǎng)絡(luò)組成。信號源接收部分的主要任務(wù)是向前端提供系統(tǒng)欲傳輸?shù)母鞣N信號。它一般包括開路電視接收信號、調(diào)頻廣播、地面衛(wèi)星、微波以及有線電視臺自辦節(jié)目等信號。系統(tǒng)的前端部分的主要任務(wù)是將信號源送來的各種信號進(jìn)行濾波、變頻、放大、調(diào)制、混合等，使其適用于在干線傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。

天線設(shè)備作為系統(tǒng)的前端部分的關(guān)鍵設(shè)備，天線的基本功能就是將發(fā)射機(jī)經(jīng)傳輸線送來的高頻電流能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波并發(fā)送到空間；在接收端就是將空間傳來的無線電波能量轉(zhuǎn)變成向接收機(jī)傳送的高頻電流能量。因此可以說天線是一個能量轉(zhuǎn)換器件。

縫隙天線在電視網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中主要做重點區(qū)域的補(bǔ)充覆蓋。天線極化屬水平極化，水平極化多用于短波廣播、地面電視網(wǎng)絡(luò)等的網(wǎng)絡(luò)傳輸。有效規(guī)避了地面環(huán)境對信號傳輸?shù)闹萍s，增大覆蓋范圍?？p隙天線就是在導(dǎo)體面上開縫形成的天線，也稱為開槽天線。典型的縫隙形狀是長條形的，長度約為半個波長?？p隙可用跨接在它窄邊上的傳輸線饋電，也可由波導(dǎo)或諧振腔饋電。這時，縫隙上激勵有射頻電磁場，并向空間輻射電磁波。在電視UHF頻段，天線頻率范圍：13-68CH內(nèi)任選頻道，天線帶寬：10-20MHZ，功率容量：10KW，增益：四縫隙9.5db，方向圖全向不均勻度小于3db，垂直波束截面寬度14度。在天線的帶寬內(nèi)駐波小于1.1?？p隙天線具有輪廓低、重量輕、加工簡單、易于與物體共形等諸多特點，廣泛應(yīng)用在廣播電視通信網(wǎng)絡(luò)中。

有線電視目前的大容量、高速率等特點直接要求天線具備較寬的頻帶，滿足多頻道信號傳輸需求。天線系統(tǒng)因為受傳輸回波損耗指標(biāo)制約，實際現(xiàn)有天線帶寬很難滿足新的系統(tǒng)需求。特別是單個天線。在電視系統(tǒng)中按照標(biāo)準(zhǔn)GY/T 5051-1994《電視和調(diào)頻廣播發(fā)射天線饋線系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)》及GY/T 5052-1994《電視和調(diào)頻廣播發(fā)射天線饋線系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)測量方法》要求，天饋系統(tǒng)駐波比在工作頻道內(nèi)小于1.1。在新的通信需求方面天線不再是滿足一兩個頻道，而是要滿足多個頻道，為網(wǎng)絡(luò)升級和增加帶寬提供余量。單從產(chǎn)品的成本及產(chǎn)品種類考慮，也需要這么要求。所以天線的帶寬要實現(xiàn)寬頻帶。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種帶寬寬、支持多頻道且滿足天饋系統(tǒng)駐波比的寬頻帶縫隙天線。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種寬頻帶縫隙天線，包括U形波導(dǎo)腔體，于U形波導(dǎo)腔體的開口一側(cè)設(shè)有至少一個矩形的縫隙；與每個縫隙對應(yīng)設(shè)有兩個耦合饋電及兩個饋電點；

所述耦合饋電包括相連的微帶貼片及導(dǎo)帶；所述微帶貼片與縫隙處于同一平面上，微帶貼片與導(dǎo)帶相連處靠近縫隙的側(cè)邊，導(dǎo)帶與縫隙側(cè)邊間隔形成空氣微帶結(jié)構(gòu)；所述兩個耦合饋電的激勵饋電方向相反；

所述兩個饋電點對應(yīng)每個矩形縫隙中心的兩邊設(shè)置，兩個饋電點串聯(lián)連接且饋電相位相差180度。

上述中，所述U形波導(dǎo)腔體由導(dǎo)體彎折而成。

上述中，所述U形波導(dǎo)腔體的截面寬度及截面高度均為中心頻率的波長的1/4，所述縫隙的長度等于中心頻率的波長。

上述中，所述兩個饋電點間距為中心頻率的波長的1/2。

上述中，所述耦合饋電的微帶貼片呈圓形、橢圓、錐形或三角形中的一種。

上述中，所述耦合饋電的導(dǎo)帶的長度為中心頻率的波長的1/4。

上述中，于U形波導(dǎo)腔體的背面設(shè)有硬同軸結(jié)構(gòu)的一分二功分器。

上述中，所述U形波導(dǎo)腔體的開口一側(cè)設(shè)有2個矩形的縫隙，相鄰縫隙之間通過連接于U形波導(dǎo)腔體的短路片間隔，相鄰縫隙中設(shè)置的兩個耦合饋電及兩個饋電點相對于短路片中心對稱設(shè)置，相鄰縫隙中的兩個饋電點之間并聯(lián)連接。

上述中，所述U形波導(dǎo)腔體的開口一側(cè)設(shè)有4個矩形的縫隙，相鄰縫隙之間通過連接于U形波導(dǎo)腔體的短路片間隔，相鄰縫隙中設(shè)置的兩個耦合饋電及兩個饋電點相對于短路片中心對稱設(shè)置，相鄰縫隙中的兩個饋電點之間并聯(lián)連接。

上述中，所述U形波導(dǎo)腔體的開口一側(cè)設(shè)有6或8個矩形的縫隙，相鄰縫隙之間通過連接于U形波導(dǎo)腔體的短路片間隔，相鄰縫隙中設(shè)置的兩個耦合饋電及兩個饋電點相對于短路片中心對稱設(shè)置，相鄰縫隙中的兩個饋電點之間并聯(lián)連接。

本發(fā)明的有益效果在于：天線采用U形輻射腔結(jié)構(gòu)起到反射作用，同時支撐天線主體部分，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊。此外有別于常規(guī)縫隙天線單個饋電點構(gòu)造，采用雙點饋電，不僅達(dá)到同相饋電要求，實現(xiàn)方向圖指標(biāo)，且可實現(xiàn)阻抗寬頻要求。實驗仿真結(jié)果看出，兩個饋電點引起兩個諧振頻率。此外，采用微帶耦合饋電，可實現(xiàn)阻抗寬頻要求。而耦合饋電的導(dǎo)帶分布在腔體內(nèi)部，則滿足結(jié)構(gòu)簡單要求。

附圖說明

下面結(jié)合附圖詳述本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)

圖1為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的實施例1-6俯視結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明的實施例7立體結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明的實施例8立體結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明的天線水平方向圖。

1-導(dǎo)體；11-U形波導(dǎo)腔體；12-縫隙；

2-耦合饋電；21、23-微帶貼片；22、24-導(dǎo)帶

3、4-饋電點；

A-U形波導(dǎo)腔體的截面寬度；B-U形波導(dǎo)腔體的截面高度；C-縫隙的長度。

具體實施方式

為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。

縫隙天線就是在導(dǎo)體面上開縫形成的天線，也稱為開槽天線。典型的縫隙形狀是長條形的，長度約為半個波長?？p隙可用跨接在它窄邊上的傳輸線饋電，也可由波導(dǎo)或諧振腔饋電。因為縫隙上激勵有射頻電磁場，所以沿著開縫方向，向空間輻射電磁波。

無限大的理想導(dǎo)電平面上的縫隙稱為理想縫隙?？p隙上的電場與縫隙的長邊垂直，其振幅在縫隙的兩端下降為零。所以當(dāng)縫隙長邊軸線與地面垂直時，天線呈現(xiàn)水平極化波。所以，水平極化天線，采用縫隙設(shè)計方案是首選。這一電場分布與具有相同尺寸的導(dǎo)體振子(稱為互補(bǔ)振子)上的磁場分布(即電流分布)完全一樣。根據(jù)電磁場的對偶性可知，理想縫隙所輻射的電磁場與互補(bǔ)振子產(chǎn)生的電磁場具有相同的結(jié)構(gòu)，只是振子的電場矢量對應(yīng)于縫隙的磁場矢量，振子的磁場矢量對應(yīng)于縫隙的電場矢量而已。對于有限導(dǎo)體平面或曲面上的實際縫隙，只要導(dǎo)體面尺寸比波長大得多，特別是縫隙窄邊方向的尺寸較大，曲率較小，則其基本特性便近似于理想縫隙。

普通的平面縫隙輻射場呈現(xiàn)雙向橢圓形狀，當(dāng)在縫隙一側(cè)增加反射結(jié)構(gòu)時，方向成單一方向，隨著反射結(jié)構(gòu)的增加，方向圖越趨向于定向輻射。

請參閱圖1以及圖2，本專利提供了一種寬頻帶縫隙天線，包括U形波導(dǎo)腔體11，于U形波導(dǎo)腔體11的開口一側(cè)設(shè)有至少一個矩形的縫隙12。與每個縫隙12對應(yīng)設(shè)有兩個耦合饋電2及兩個饋電點3、4。

常規(guī)縫隙天線的饋電采用同軸線直接中心饋電，或采用探針中心饋電的但饋電點構(gòu)造，這回導(dǎo)致因縫隙激勵口徑尺寸有區(qū)別，所以縫隙長度方向上每一點的阻抗有差異。每一點的阻抗特性直接決定了匹配的諧振頻率，隨著諧振頻率增加，天線的阻抗帶寬變得越寬。按照目前單饋電的阻抗帶寬按照駐波2標(biāo)準(zhǔn)，帶寬只能做到10﹪左右。為了克服上述問題，本專利天線在饋電設(shè)計上采用了雙饋電點。

所述耦合饋電2包括相連的微帶貼片21、23及導(dǎo)帶22、24；所述微帶貼片21、23與縫隙12處于同一平面上，微帶貼片21、23與導(dǎo)帶22、24相連處靠近縫隙12的側(cè)邊，導(dǎo)帶22、24與縫隙12側(cè)邊間隔形成空氣微帶結(jié)構(gòu)；所述兩個耦合饋電2的激勵饋電方向相反。

所述兩個饋電點3、4對應(yīng)每個矩形縫隙12中心的兩邊設(shè)置，兩個饋電點3、4串聯(lián)連接且饋電相位相差180度。

兩個饋電點可以是同相位激勵饋電，但本專利設(shè)計中考慮到縫隙要組陣，為了便于兩個饋電點串聯(lián)饋電和組陣，所以兩個饋電激勵端相位差180度反相，激勵相位反向饋電，可以補(bǔ)償饋電兩邊腔體的電流平衡，防止天線主方向出現(xiàn)“偏頭”問題。同時，相位差異性避免諧振頻率阻抗虛部疊加，進(jìn)而達(dá)到展寬阻抗頻帶的目的。

綜上，本發(fā)明的有益效果在于：天線采用U形輻射腔結(jié)構(gòu)起到反射作用，同時支撐天線主體部分，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊。此外有別于常規(guī)縫隙天線單個饋電點構(gòu)造，采用雙點饋電，不僅達(dá)到同相饋電要求，實現(xiàn)方向圖指標(biāo)，且可實現(xiàn)阻抗寬頻要求。實驗仿真結(jié)果看出，兩個饋電點引起兩個諧振頻率。此外，采用微帶耦合饋電，可實現(xiàn)阻抗寬頻要求。而耦合饋電的導(dǎo)帶分布在腔體內(nèi)部，則滿足結(jié)構(gòu)簡單要求。

實施例1

上述中，所述U形波導(dǎo)腔體11由導(dǎo)體1彎折而成。

常見縫隙天線就是在導(dǎo)體面上開縫形成的天線，也稱為開槽天線。本結(jié)構(gòu)中，通過將導(dǎo)體1彎折形成諸如長條形盒狀天線主體，一側(cè)表面開放形成縫隙，內(nèi)部形成反射腔。

實施例2

上述中，所述U形波導(dǎo)腔體的截面寬度A及U形波導(dǎo)腔體的截面高度B均為中心頻率的波長的1/4，所述縫隙的長度C等于中心頻率的波長。

即取天線設(shè)計頻率的中點值得到中心頻率的波長λ，則A＝1/4λ，B＝1/4λ，C＝1λ。由此可設(shè)計滿足頻率諧振阻抗匹配要求。

由于反射腔體的尺寸受限于天線設(shè)計的帶寬和方向圖指標(biāo)。阻抗帶寬越寬，相應(yīng)腔體尺寸越大，但相應(yīng)反射面越大其天線的后向輻射變?nèi)?，越傾向于定向。所以腔體尺寸受阻抗帶寬和方向圖帶寬影響制約。本發(fā)明設(shè)計指標(biāo)上，天線全向性小于3db，因此天線腔體尺寸不能過大，采用A＝1/4λ，B＝1/4λ最為適宜。

縫隙的長度C也可以是1/2λ，由于縫隙天線的阻抗表示成其互補(bǔ)偶極子的阻抗來推導(dǎo)。若已知對應(yīng)偶極子的阻抗，就可以確定縫隙的阻抗。C＝1/2λ諧振式縫隙阻抗約530歐姆，C＝λ全波縫隙阻抗約50歐姆。本發(fā)明中最優(yōu)采用全波縫隙，即C＝λ，從而天線便于匹配，且全波縫隙增益較半波縫隙高。

實施例3

上述中，所述兩個饋電點間距為中心頻率的波長的1/2。

在本專利天線中，通過調(diào)整饋電點中心偏移位置，其諧振頻率有變化，偏移越多，其阻抗展寬，最佳的兩個饋電點分別相對中心等距離，且兩點間相距優(yōu)選1/2λ。

實施例4

上述中，所述耦合饋電2的微帶貼片21、23呈圓形、橢圓、錐形或三角形中的一種。

實驗表明，微帶貼片21、23的形狀可以是各種形狀，如圓形、橢圓、錐形或三角形等。本設(shè)計優(yōu)選三角形。三角形的微帶貼片21、23頂端靠近縫隙12的側(cè)邊，縫隙12的側(cè)邊與導(dǎo)帶22、24形成空氣微帶結(jié)構(gòu)，微帶形成有間距，微帶的導(dǎo)帶沿著輻射腔體內(nèi)表面，與腔體共性。

實施例5

上述中，所述耦合饋電2的導(dǎo)帶的長度為中心頻率的波長的1/4。

經(jīng)大量實驗發(fā)現(xiàn)，微帶導(dǎo)帶長度約1/4λ，形成阻抗匹配長度，便于端口匹配。

實施例6

上述中，于U形波導(dǎo)腔體11的背面設(shè)有硬同軸結(jié)構(gòu)的一分二功分器。根據(jù)需要通過本實施例中合理的設(shè)置功分器，從而可滿足天線大功率的需求。

實施例7

上述中，所述U形波導(dǎo)腔體11的開口一側(cè)設(shè)有2個矩形的縫隙12，相鄰縫隙12之間通過連接于U形波導(dǎo)腔體11的短路片間隔，相鄰縫隙12中設(shè)置的兩個耦合饋電2及兩個饋電點相對于短路片中心對稱設(shè)置，相鄰縫隙12中的兩個饋電點之間并聯(lián)連接。

如圖3所示，本實施例提供的是一種雙縫隙的寬頻帶縫隙天線，矩形腔體通過短路片分割成兩個縫隙，對應(yīng)每個縫隙設(shè)置有兩個耦合饋電2及兩個饋電點。

對應(yīng)兩個縫隙的分別有微帶貼片21、23和微帶貼片25、27，且微帶貼片21、23與微帶貼片25、27相對中心對稱。P1到P3示意兩個縫隙饋電網(wǎng)絡(luò)部分。饋電點3和饋電點4串聯(lián)饋電，饋電點5和饋電點6串聯(lián)饋電，兩邊網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)合路到中間部位?？p隙中，中間部位到饋電點3與中間部位到饋電點4的饋電傳輸線距離等同于兩饋電點距離，相差1/2λ，所以兩者饋電相位差180度，耦合激勵饋電相位差180度，合成后達(dá)到同相饋電效果，實現(xiàn)方向圖的疊加。饋電點3、4和饋電點5、6并聯(lián)饋電，方便組陣饋電，便于相位和幅度控制，實現(xiàn)方向圖的零點填充和電子傾角及寬帶目標(biāo)。饋電網(wǎng)絡(luò)部分傳輸線分布在腔體內(nèi)表面或外表面。

實施例8

如圖4所示，上述中，所述U形波導(dǎo)腔體11的開口一側(cè)設(shè)有4個矩形的縫隙12，相鄰縫隙12之間通過連接于U形波導(dǎo)腔體11的短路片間隔，相鄰縫隙12中設(shè)置的兩個耦合饋電2及兩個饋電點相對于短路片中心對稱設(shè)置，相鄰縫隙12中的兩個饋電點之間并聯(lián)連接。

本實施例提供的是一種帶有反射腔體的四縫隙天線，矩形腔體通過短路片分割成四個縫隙，達(dá)到增益和瓣寬要求，對應(yīng)每個縫隙設(shè)置有兩個耦合饋電2及兩個饋電點。

相鄰縫隙采用并聯(lián)饋電，方便實現(xiàn)多縫隙組陣，最終達(dá)到增益指標(biāo)要求。在輻射腔體外表面設(shè)計饋電功分器。功分器滿足大功率要求和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求，優(yōu)選空氣硬同軸結(jié)構(gòu)形式。

結(jié)合本專利結(jié)構(gòu)特征最終設(shè)計的天線可達(dá)到頻帶覆蓋470-860MHZ，增益9.5db，天線駐波小于1.5的帶寬大于200MHZ，小于1.1帶寬約100MHZ，天線滿足增益要求，達(dá)到寬頻帶需求。

參見圖5的天線水平面方向圖可見，在整個帶寬內(nèi)輻射場強(qiáng)均勻，具備寬帶特性。天線方向圖主波束左右兩邊對稱性好，主方向無偏移。單饋電點容易造成輻射腔體側(cè)壁電流不均，故而方向圖主波束出現(xiàn)不對稱，方向偏移。

實施例9

上述中，所述U形波導(dǎo)腔體11的開口一側(cè)設(shè)有6或8個矩形的縫隙12，相鄰縫隙12之間通過連接于U形波導(dǎo)腔體11的短路片間隔，相鄰縫隙12中設(shè)置的兩個耦合饋電2及兩個饋電點相對于短路片中心對稱設(shè)置，相鄰縫隙12中的兩個饋電點之間并聯(lián)連接。

本實施例提供的是一種帶有反射腔體的6縫隙、8縫隙天線，矩形腔體通過短路片分割成四個縫隙，達(dá)到增益和瓣寬要求，對應(yīng)每個縫隙設(shè)置有兩個耦合饋電2及兩個饋電點。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。