专利名称：背腔式宽带双极化天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及宽带双极化天线传感器装置，具体地说是ー种背腔式宽带双极化天线。
背景技术：
在现代雷达系统、通信系统、微波測量系统等无线电系统中，往往要求系统具有宽带工作性能，并且同时具有极化敏感能力，可以同时发射或者接收双极化的电磁信号，因此，宽带双极化天线设备是这些新体制无线电系统的关键分机之一，已成为研究的热点。宽带双极化天线需同时具备宽频带和双极化两种性能，宽频带和双极化也是该天线的关键技术。目前常见的宽带双极化天线形式有双极化喇叭天线、双极化正弦天线、双极化微·带贴片天线、双极化蝶形天线和双极化Vivaldi天线等。例如，陈辉和薛锋章提出一种新颖的宽频带双极化印刷偶极子基站天线，工作频段为I. 63GHz^2. 8 GHz ;陈振宁和梁仙灵等研究了ー种新型的Ku频段宽带高增益双极化微带贴片単元及96元阵列的设计，该设计中单元采用层叠贴片天线结构，提高了単元的带宽和増益，两个极化端ロ采用分层馈电，其中水平极化端ロ采用共面馈电，垂直极化端ロ采用探针背馈，在馈电网络的设计中引入反向馈电技木，降低了交叉极化；李彬和杨勇研制了一种宽带双极化四脊圆喇叭天线，实际制作了一批宽带双极化四脊圆喇叭天线并对其进行了调试，此天线在C、X、Ku波段内具有大于3倍频程的宽带匹配特性，交叉极化隔离度大于22dB，增益在IOdB到20dB之间；李越和张志军等提出一种宽带、紧凑型共面波导馈电的双极化槽天线，利用单天线的双极化代替两个单极化天线，该天线采用単一矩形槽作为天线单元，利用同一共面波导两种正交的模式激励槽天线单元的水平和垂直两种极化模式，_离度优于-22 dB Justin A. Kasemodel和John L. Volakis提出了ー种集成巴伦馈电的平面型双线极化天线，该天线采用曲线蝶形边缘结构，工作频段为770MHz 1700MHz。传统的超宽带天线类型有对数周期天线、等角螺旋天线、阿基米德螺旋天线、宽带缝隙天线等。其中，对数周期天线是ー种主要的超宽带天线形式，除了具有很好的宽带特性外，还具有结构简单、容易实现、性能优良的特点，因此，对数周期天线在实际中被广泛应用，新型的改进结构也不断出现。例如张银龙和楼建东等以三角环为基本振子単元，设计了工作频率在150MHz飞OOMHz的三角环对数周期天线，其结构尺寸是对数周期偶极子天线的一半，实现了天线的小型化；张福顺和王君等论述了双对数周期偶极天线扇形阵的设计方法，该双对数周期偶极天线扇形阵具有宽带、高増益、小型化等特点；刘江宏和周良明等采用矩量法分析和计算了对数周期天线在张角较大吋，它的阻杭、电压驻波比、増益及方向图的宽带特性。传统的宽带双极化天线往往具有很宽的波束和较高的后瓣辐射特性，抗干扰能力较差，同时在结构尺寸固定条件下，低频段输入驻波比特性较差，例如，双极化蝶形天线、双极化Vivaldi天线等。本发明提出采用宽带对数周期天线作为辐射单元，采用金属背腔结构压窄天线的辐射方向图，降低天线的辐射方向图的后瓣电平，既提高天线辐射方向图的前后比特性；采用低频段集合线宽带电阻加载技术，有效吸收反射的电磁波，改善低频段的输入驻波比特性。对数周期天线的原理如下就对数周期天线来说，假定当工作频率为MA)吋，只有第“I”个振子工作，其它的振子都暂时没有工作，其电尺寸为;当工作
频率升高到/2(為)时，换成只有第“2”个振子在工作，其它的振子都暂时没有工作，电尺寸
变为Z2/為；当工作频率升高到石(も)时，变为只有第“ 3”个振子工作，其它的振子都暂时
没有工作，电尺寸变为,依次类推。很明显，若这些频率之间都能够确保有如下的关系
kH …rq,
\ A2 4·
则在这些频率上天线可以具有不变的电特性。因为对数周期天线每个振子的尺寸均满
足4+1/4 =1,所以也就要求这些频率满足毛+1/4 =てUJJn=Vて。如果我们把T取得
十分接近于1，那么能满足以上要求的天线的工作频率就会趋近连续变化。所以该天线的エ作频带就可以在天线的几何结构为无限大的情况下达到无限宽。因为如果想要实现天线电性能保持稳定，就要求频率满足/,+1//K =1/T，所以对它两边取对数得到
ln/s+1-ln/K =In-(2-10)
T
该式表明，要想让天线的电性能保持不变，需要使天线工作频率的对数作周期性变化(周期为)，所以，我们把具有这种性质的天线称为对数周期天线。一般人们根据对数周期阵列天线上各部分对称振子的工作情况，把整个天线分成三个工作区域“辐射区”，“传输区”和“非激励区”。“传输区”是指除“辐射区”以外，从电源到辐射区之间的这一段；“辐射区”以后的部分则称为“非激励区”，又称“非谐振区”。对数周期天线上存在着这样的区域，在此区域内的电场情况类似于ー个振子工作且电尺寸保
持一定，我们称这种区域为“辐射区”或“有效区”，在这个区域里的振子长度在/1/2左右，具
有较强的激励，对辐射的产生将起到主要作用。在工作频率发生改变的时候，这个“辐射区”会在天线的径向上产生相应的移动，比如当频率降低吋，“辐射区”会向长振子一端移动，这样就能保持天线的电特性保持不变。在“传输区”内，每个对称振子的电长度都很短，振子的输入阻抗(容抗)很大，激励电流就很小，因而它们的辐射也就会非常弱，主要起到传输线的作用。在“非激励区”内，因为辐射区的对称振子处于谐振状态，振子上的激励电流都比较大，传输线传送过来的较大部分的能量已经被辐射出去，剩下的能量中能够被传送到非激励区的很少，因此这个区域的对称振子的激励电流也就非常小，这就是前文所说的“电流截断效应”，因为振子的激励电流非常小，所以对外辐射也就非常弱。一般情况下，最大激励电流1/3的激励电流所在的那两个振子之间的区域被定义
为辐射区。原则上由几何參数r和^决定这个区域的振子数が2 ,往往通过经验公式 , MKJ Ki)
凡=~-(id
IgT
来近似确定。其中ち为工作频带高端的“截断常数”、为工作频带低端的“截断常数”，可以通过如下经验公式确定
K1 =1.01-0.519 て(12)
.C2 = 7.10-^-21.3-^+21.98^7.30+^(2182-667+62.12^-18.29-23) (13)
辐射区内的振子数越多，天线就会有越强的方向性，和越高的増益。一般地，辐射区内的振子数不会少于三个。·
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种能够实现览带的福射性能，同时波束宽度得以变窄，增强了天线及其电子系统的抗干扰性能的背腔式宽带双极化天线。本发明可以通过以下措施达到
ー种背腔式宽带双极化天线，其特征在于设有双极化对数周期天线和金属背腔，双极化对数周期天线由两个正交放置的对数周期天线组成，两个对数周期天线结构相同，在轴线上错开I毫米，两个对数周期天线安装在金属背腔内，天线末端加载50欧姆的匹配负载，金属背腔为圆柱形，金属背腔内壁加载微波吸波材料。本发明在天线馈电端，两根同轴电缆分别对两个正交放置的对数周期天线进行馈电。本发明中双极化天线由正交放置的两个对数周期天线构成，它们的结构參数相同，振子金属厚度为1mm，每个对数周期天线采用传统对数周期结构设计理论进行设计，振子个数为N=29，振子长度的比例因子为0. 92，振子臂宽度的比例因子为0. 96，集合线宽度的比例因子为0. 88，最长LPDA振子长度L-OOmm，振子间距(^=22111111 ;高度H确定为249mm ；金属背腔的金属壁厚度Te=Imm,微波吸波材料的尺寸为Wa1=ZeOmm, Ha2=9mm, Ha3=220mm,Ha4=260mm, He=270mm，填充的微波吸波材料的相对介电常数为2. 2，损耗角正切为0. 5795。本发明中对数周期天线由若干个对称振子组成，所有振子尺寸和振子之间的距离等天线构成要素都要遵循一定的比例关系，设I为比例因子，则要求对称振子满足如下条件
+1 _ l3M+! _/, \
~ - ⑴
4 as
^ = T(2)
K
其中h——第n个对称振子的全长；
S——第n个对称振子的直径(宽度)；
^——第n个对称振子到天线虚拟“顶点”的距离； —对称振子的序列编号，从距离馈电点最远的振子算起，也就是最长的振子编号为 “I，，。相邻的两个振子之间的距离为
权利要求
1.一种背腔式宽带双极化天线，其特征在于设有双极化对数周期天线和金属背腔，双极化对数周期天线由两个正交放置的对数周期天线组成，两个对数周期天线结构相同，在轴线上错开I毫米，两个对数周期天线安装在金属背腔内，天线末端加载50欧姆的匹配负载，金属背腔为圆柱形，金属背腔内壁加载微波吸波材料。
2.根据权利要求I所述的一种背腔式宽带双极化天线，其特征在于在天线馈电端，采用两根同轴电缆分别对两个正交放置的对数周期天线进行馈电。
3.根据权利要求2所述的一种背腔式宽带双极化天线，其特征在于两个正交放置的对数周期天线的结构参数相同，其振子金属厚度为1mm，振子个数为N=29，振子长度的比例因子为0. 92，振子臂宽度的比例因子为0. 96，集合线宽度的比例因子为0. 88，最长LPDA振子长度LpOOmm，振子间距(^=221 ;高度H确定为249mm ;金属背腔的金属壁厚度Te=Imm,微波吸波材料的尺寸为=Ha1=ZeOmm, Ha2=9mm, Ha3=220mm, Ha4=260mm, He=270mm,填充的微波吸波材料的相对介电常数为2. 2，损耗角正切为0. 5795。
全文摘要
本发明涉及宽带双极化天线传感器装置，具体地说是一种背腔式宽带双极化天线，其特征在于设有双极化对数周期天线和金属背腔，双极化对数周期天线由两个正交放置的对数周期天线组成，两个对数周期天线结构相同，在轴线上错开1毫米，两个对数周期天线安装在金属背腔内，天线末端加载50欧姆的匹配负载，金属背腔为圆柱形，金属背腔内壁加载微波吸波材料，具有结构合理、抗干扰性能高等优点。
文档编号H01Q17/00GK102790291SQ201210294188
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月18日 优先权日2012年8月18日
发明者宋立众, 张敏, 房亮, 李林楠, 蒋明 申请人:哈尔滨工业大学(威海)