一种用于毫米波频段的双极化波导喇叭天线的制作方法

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种用于毫米波频段的双极化波导喇叭天线。

背景技术：

毫米波指的是频率在30ghz-300ghz范围内的电磁波，其对应的波长范围为1mm-10mm。近年来，由于频谱资源拥挤的现状，以及对高速通信需求持续增长，毫米波领域已经成为国际电磁波频谱资源研究、开发和利用的一个极其活跃的领域，毫米波频段拥有着大量连续的频谱资源，为超高速宽带无线通信的实现提供了可能。

在无线通信系统中，天线是必不可少的关键部件之一。天线的最关键指标是其辐射特性。毫米波通信对天线的性能提出了新的设计挑战，一个辐射性能良好的毫米波天线对波束宽度、方向图对称性、主波束极化纯度、端口隔离、vswr(voltagestandingwaveratio，电压驻波比)及增益等各方面都有着严格的要求。对于双极化天线而言，尤其是用于测量的双极化天线，其极化的对称性极大地影响天线的精度。现有的传统双极化天线主要包括如下几种：

1.波纹喇叭天线，常用于远场和紧缩场测量，可以实现对称双极化，天线交叉极化纯度较高，eh面波束对称，但是天线加工工艺难度大，加工成本高，需要正交耦合馈电，天线体积大，散射大。

2.方形波导天线，可以实现对称双极化，但是需要正交耦合馈电。性能优良的正交耦合馈电体积较大，通常正方形波导eh面波束不对称，且天线体积较大，散射大。

3.开口波导天线，易于设计和制造，常用于近场测量，但是只支持单极化信号收发，双极化需要依靠机械转动和校准来完成，无法合成圆极化，双极化收发引入机械转动误差。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明一方面提出了一种用于毫米波频段的双极化波导喇叭天线，包括波导、喇叭及功率分配器，所述波导包括馈电端和开口端，其特征在于，所述波导为开口矩形波导或开口脊波导，所述波导的数量为4m，m为正整数，波导在双极化波导喇叭天线的口面上排成正交阵列，其中2m个波导在第一极化方向上排成直线阵列且此2m个波导的极化方向与第一极化方向一致，其余2m个波导在第二极化方向上排成直线阵列且此2m个波导的极化方向与第二极化方向一致，定义距所述正交阵列中心最近的4个波导为第一波导，定义距所述正交阵列中心最远的4个波导为第二波导，所述喇叭包括设于第一波导靠近正交阵列中心的开口端宽边的第一喇叭部和设于第二波导远离正交阵列中心的开口端宽边的第二喇叭部，并且所述第一喇叭部的长度小于所述第二喇叭部的长度。

作为本发明的进一步限定，所述第一喇叭部沿第一波导靠近正交阵列中心的开口端宽边逐渐缩短而成，所述第二喇叭部沿第二波导远离正交阵列中心的开口端宽边逐渐展开而成。

作为本发明的进一步限定，所述4个第一喇叭部沿第一波导靠近正交阵列中心的开口端宽边逐渐缩短至同一点形成塔形。

作为本发明的进一步限定，所述在第一极化方向上的2m个波导的馈电端与1个2m路功率分配器相连，所述在第二极化方向上的2m个波导的馈电端与另1个2m路功率分配器相连。

作为本发明的进一步限定，所述m≤4。

作为本发明的进一步限定，所述m＝1，所述第一波导即第二波导。

作为本发明的进一步限定，所述波导及喇叭均为良导体金属或表层为良导体金属。

作为本发明的进一步限定，所述双极化波导喇叭天线用作测量天线。

本发明另一方面提出了一种用于毫米波频段的双极化波导喇叭阵列天线，其特征在于，采用任一前述双极化波导喇叭天线作为阵元形成所述双极化波导喇叭阵列天线。

本发明的天线具有良好的对称双极化，并且天线体积小，加工成本低，散射小，可以实现eh面波束对称，优于传统的毫米波天线。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1所示为本发明第一实施方式的用于毫米波频段的双极化波导喇叭天线的示意图。

图2所示为本发明第二实施方式的用于毫米波频段的双极化波导喇叭天线的示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1示意了本发明用于毫米波频段的双极化波导喇叭天线的第一实施方式，本实施方式的双极化波导喇叭天线100(以下简称天线100)包括波导110、喇叭120及功率分配器(图中未示)，其中波导110及喇叭120均为良导体金属或至少表层为良导体金属。波导110为开口脊波导，包括8个，在天线100的口面上排成正交阵列，其中：4个波导110在第一极化方向上排成直线阵列且此4个波导110的极化方向与第一极化方向一致，此4个波导110的馈电端与一个4路功率分配器相连；其余4个波导110在第二极化方向上排成直线阵列且此4个波导110的极化方向与第二极化方向一致，此4个波导110的馈电端与另1个4路功率分配器相连。波导110分为距正交阵列中心最近的4个第一波导110a和距正交阵列中心最远的4个第二波导110b，相应的，所述喇叭120包括设于第一波导110a靠近正交阵列中心的开口端宽边的第一喇叭部120a和设于第二波导110b远离正交阵列中心的开口端宽边的第二喇叭部120b，并且第一喇叭部120a的长度小于第二喇叭部120b的长度。此外，第一喇叭部120a沿第一波导110a靠近正交阵列中心的开口端宽边逐渐缩短而成，本实施例中，4个第一喇叭部120a形成塔形；第二喇叭部120b沿第二波导110b远离正交阵列中心的开口端宽边逐渐展开而成。

本实施例的天线100可用作测量天线。进一步地，还可将天线100作为阵元形成双极化波导喇叭阵列天线。

在此对本实施例中各部分设计的有益效果作出说明。2个极化方向上的波导110分别采用2个4路功率分配器进行馈电，可保证相同极化的波导110发射的功率和相位相同，进而保证天线100波束指向、驻波、增益等性能的稳定。第一喇叭部120a可减少波导110之间的耦合，调整天线100的口面场分布，减少天线100的散射；第二喇叭部120b可束缚天线100的口面场，调整eh面波束，减少天线100的散射。第一喇叭部120a的长度较小，避免口面场分裂，避免增益降低及波束分裂，第二喇叭部120b的长度较长，从而有效束缚口面场，保证增益。其中，4个第一喇叭部120a沿第一波导110a靠近正交阵列中心的开口端宽边逐渐缩短至同一点形成塔形，这一设计可避免产生散射。

图2示意了本发明用于毫米波频段的双极化波导喇叭天线的第二实施方式，第二实施方式的双极化波导喇叭天线200(以下简称天线200)与第一实施方式的天线100的主要不同之处在于：天线200中的波导210为4个，为开口矩形波导。

上述两种实施方式经过仿真，其在毫米波频段的vswr、波束增益、方向图对称性、波束宽度、主波束极化纯度均表现良好。

以上内容结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明构思的前提下，本领域普通技术人员还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。