介质喇叭天线的制作方法

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种介质喇叭天线。

背景技术：

目前市场上的车载式和便携式卫星天线主要以单偏置反射面天线结构为主要形式，其馈源结构以波纹喇叭为主，但是波纹喇叭的波纹加工工艺复杂，加工成本较高。另外随着卫星技术的发展，各国的卫星应用在c/x/ku频段的工作频谱已经进入饱和状态，正在逐步向ka频段发展，而对于ka频段的天线馈源的工艺要求更加严格，难度系数也更高。

喇叭天线由于结构简单、方向性好，因此广泛应用于各个领域，在此基础上，通过在喇叭天线内壁上涂一层介质以形成介质喇叭天线可减小波束宽度，提高增益。

本申请的发明人在长期的研究中发现，现有的介质喇叭天线普遍旁瓣电平较高、增益较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种介质喇叭天线，能够提高介质喇叭天线的方向性和锥削幅度，降低旁瓣电平。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种介质喇叭天线，所述介质喇叭天线包括波导以及与所述波导耦接的天线本体，所述天线本体包括天线口面，其中，所述天线口面设置有向外延伸的第一介质部，所述第一介质部的辐射面为球形曲面。

其中，所述波导包括第一侧壁，所述第一侧壁围设成管状以形成相对的第一开口端和第二开口端，所述天线本体包括第二侧壁，所述第二侧壁围设成喇叭状以形成相对的第三开口端和第四开口端，其中，所述第三开口端的开口面积小于所述第四开口端的开口面积，所述第三开口端与所述第二开口端耦接；

所述介质喇叭天线还包括第二介质部，所述第二介质部与所述第一介质部连接，且所述第二介质部的外侧壁与所述天线本体的所述第二侧壁贴合。

其中，所述介质喇叭天线还包括第三介质部，所述第三介质部与所述第二介质部连接，且延伸至所述波导的空腔内，所述第三介质部的厚度沿靠近所述第二介质部的方向逐渐增大。

其中，所述第一介质部、所述第二介质部以及所述第三介质部一体成型。

其中，所述第三介质部的厚度沿靠近所述第二介质部的方向呈线性增大或呈阶梯增大。

其中，所述波导为圆波导，所述天线本体为圆锥天线本体。

其中，所述第三介质部的长度与所述第三介质部和所述第二介质部接触面的直径比值范围为2～4。

其中，所述天线口面的直径与所述第一介质部的所述辐射面的半径比值范围为0.5～0.7。

其中，所述介质部的材料为绝缘材料。

其中，所述绝缘材料为特氟龙或聚丙烯。

本申请的有益效果是：本申请中的介质喇叭天线包括波导以及与波导耦接的天线本体，天线本体包括天线口面，天线口面设有向外延伸的第一介质部，第一介质部的辐射面为球形曲面。本申请通过将第一介质部的辐射面设置为球形曲面，能够提高对电磁波的汇聚能力，从而提高介质喇叭天线的方向性和锥削幅度，降低旁瓣电平。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请介质喇叭天线一实施方式的结构示意图；

图2是现有光壁喇叭天线一实施方式的结构示意图；

图3是图1中的介质喇叭天线和图2中的光壁喇叭天线在频点为20.7ghz的归一化方向图；

图4是图1中的介质喇叭天线和图2中的光壁喇叭天线在频点为30.5ghz的归一化方向图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参阅图1，图1是本申请介质喇叭天线一实施方式的结构示意图，该介质喇叭天线10包括：波导11以及天线本体12，天线本体12与波导11耦接，波导11用于引导电磁波，并将电磁波传输至天线本体12。

天线本体12包括天线口面121，天线口面121设置有向外延伸的第一介质部13，第一介质部13的辐射面为球形曲面。具体地，第一介质部13的辐射面至少部分将波导11传输的电磁波辐射出去而形成自由空间内的电磁波，或进行相反的变换；第一介质部13的辐射面是球形曲面，具体地，第一介质部13的辐射面不是一个完整的球面，而是完整的球面上的部分曲面，延长第一介质部13的辐射面可以形成一个完整的球面。可选的，第一介质部13的辐射面小于半球形曲面。

现有技术中，介质喇叭天线填充的介质部的辐射面一般是椭圆形，而本申请将第一介质部13的辐射面设置为球形曲面，相比椭圆形曲面汇聚电磁波的功能更强，电磁波到达天线口面121处的相位基本能够一致，减少了相位差，因此可提高介质喇叭天线10的方向性和锥削幅度、降低旁瓣电平、减小波束宽度，提高天线增益。

继续参阅图1，波导11包括第一侧壁111，第一侧壁111围设成管状以形成相对的第一开口端1111和第二开口端1112，天线本体12包括第二侧壁122，第二侧壁122围设成喇叭状以形成相对的第三开口端1221和第四开口端1222(天线口面121)，其中，第三开口端1221的开口面积小于第四开口端1222的开口面积，第三开口端1221与第二开口端1112大小相同且耦接在一起，从而实现波导11与天线本体12的耦接。可选的，第一侧壁111和第二侧壁122的材料均为金属材料，例如铜、铝、铁等。其中，第二侧壁122的可以被加工成各种形状，例如图1中便于加工的线性，或者阶梯状，或者曲线状。

介质喇叭天线10还包括第二介质部14，第二介质部14与第一介质部13连接，且第二介质部14的外侧壁与天线本体12的第二侧壁122贴合，即第二侧壁122包围第二介质部14。通过将第二介质部14设置为被天线本体12的第二侧壁122包围，可以进一步提高介质喇叭天线10的方向性，减小波导11传输到天线本体12处的电磁波的泄露。

其中，第二介质部14采用粘性材料或卡扣的方式与第二侧壁122贴合，值得注意的是，当第二介质部14采用粘性材料与第二侧壁122贴合时，该粘性材料是导电材料。可选的，第二介质部14将天线本体12填满，即，第二介质部14从天线本体12的第三开口端1221延伸至第四开口端1222。

继续参阅图1，介质喇叭天线10还包括第三介质部15，第三介质部15与第二介质部14连接，且延伸至波导11的空腔内，也就是说，第三介质部15、第二介质部14以及第一介质部13依次连接，其中为了便于加工，第三介质部15、第二介质部14以及第一介质部13一体成型，即可以采用模具一次加工完成，既便于加工，也便于安装到波导11和天线本体12中。

同时，第三介质部15的厚度沿靠近第二介质部14的方向逐渐增大。具体地，第三介质部15的厚度沿靠近第二介质部14的方向呈线性增大(如图1所示)，或呈阶梯增大，或呈曲线增大，或呈其他形状增大，关于第三介质部15的厚度变化形式在此不限制，只要其厚度沿靠近第二介质部14的方向增大即可。值得注意的是，通过将第三介质部15的厚度设置成沿靠近第二介质部14的方向逐渐增大，也就是说，第三介质部15的阻抗沿靠近第二介质部14的方向逐渐增大，从而可以减少从波导11传输至天线本体12中电磁波的反射，改善介质喇叭天线10的传输特性。

在一应用场景中，波导11为圆波导，天线本体12为圆锥天线本体，在该应用场景中，第三介质部15和第二介质部14接触面为圆形。可选的，在该应用场景中，第三介质部15的长度与第三介质部15和第二介质部14接触面的直径比值范围为2～4，天线口面121的直径与第一介质部13的辐射面的半径比值范围为0.5～0.7。可选的，在该应用场景中，波导11的直径为13.4毫米，天线口面121的直径d为52.7毫米，第三端口部1221至第四端口部1222的最短距离l为20毫米，第一介质部13的辐射面的半径为0.6*d。

当然，在其他应用场景中，波导11也可以为矩形波导，天线本体12为角锥天线本体。

其中，第一介质部13、第二介质部14以及第三介质部15的材料为绝缘材料，例如特氟龙(聚四氟乙烯)、聚丙烯等，当然在实施方式中，第一介质部13、第二介质部14以及第三介质部15的材料还可以为一些具有较小介电常数的电介质。

为了对本申请介质喇叭天线10做进一步描述，下面对比介质喇叭天线10和光壁喇叭天线20。

光壁喇叭天线20的结构如图2所示，光壁喇叭天线20除了未填充有介质部外，其结构、材料、尺寸均与介质喇叭天线10相同。

参阅图3和图4，图3是介质喇叭天线10和光壁喇叭天线20在频点为20.7ghz的归一化方向图，图4是介质喇叭天线10和光壁喇叭天线20在频点为30.5ghz的归一化方向图。其中图3中的曲线31为介质喇叭天线10的归一化曲线图，曲线32为光壁喇叭天线20的归一化曲线图；图4中的曲线41为介质喇叭天线10的归一化曲线图，曲线42为光壁喇叭天线20的归一化曲线图。

从图3和图4可以看出，填充了介质部的介质喇叭天线10的电磁波的辐射方向较光壁喇叭天线20的方向更加集中，且旁瓣电平更低，同时介质喇叭天线10的天线锥削电平比光壁喇叭天线的天线锥削电平更低。且经过实验获知，在频点为20.7ghz的应用场景中，介质喇叭天线10的增益大概为16.1dbi，光壁喇叭天线20的增益大概为11.0dbi；在频点为30.5ghz的应用场景中，介质喇叭天线10的增益大概为15.8dbi，光壁喇叭天线20的增益大概为13.1dbi。

在一个具体的实验中，主发射面为ka频段、1.2米单偏置抛物面天线，工作频率为30～31ghz(tx)，20.2～21.2ghz(rx)，极化方式为右旋圆极化，当主反射面所用的馈源分别为介质喇叭天线10、光壁喇叭天线20时，各自的传输特性如下表1所示。

表1光壁喇叭天线20和介质喇叭天线10的传输特性对比表

从上表看出，在rx段，介质喇叭天线10相比光壁喇叭天线20，其增益能够提高约0.9db，效率能够提高约12％。

总而言之，区别于现有技术的情况，本申请中的介质喇叭天线10包括波导11以及与波导11耦接的天线本体12，天线本体12包括天线口面121，天线口面121设有向外延伸的第一介质部13，第一介质部的辐射面为球形曲面。本申请通过将第一介质部13的辐射面设置为球形曲面，能够提高对电磁波的汇聚能力，从而提高介质喇叭天线10的方向性和锥削幅度，降低旁瓣电平。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。