超宽带喇叭天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种改善驻波比及高频辐射特性的新型超宽带喇叭天线，可应用于电 磁兼容检测、微波测试及雷达通信系统等。
【背景技术】
[0002] 超宽带天线技术，是当今国内外的一个研宄热点。它早先起源于军用雷达领域，在 雷达探测、反隐身技术、电子对抗等先进军事技术中已经证明了它的卓越性。近年来，超宽 带技术逐渐被引入了民用领域，军事和民用领域的超宽带雷达和通信系统的超宽带天线备 受重视，在宽带通信、扩频通信、探地雷达、冲激雷达、电磁兼容等瞬态电磁场领域获得大量 应用。然而现有的宽带喇叭天线没有应用可调的金属栅侧壁，要么是一个固定的金属侧壁， 要么是一个封闭的金属侧壁。在进行微波测试或微波应用时，不能同时满足所有频段有良 好的电压驻波比及辐射方向图；后馈腔阻抗匹配部分的设计也不完善，不能有效的抑制后 向电磁波的辐射，降低驻波、提高喇叭天线的增益。
【发明内容】
[0003] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善驻波比及高频辐 射特性的新型超宽带喇叭天线。
[0004] 本发明技术方案如下：
[0005] 一种超宽带喇叭天线，包括：模式转换后馈腔部分、镶嵌于模式转换后馈腔部分中 的同轴线激励部分、与模式转换后馈腔部分紧密连接的双脊喇叭部分。
[0006] 所述模式转换后馈腔部分包括：后馈腔腔体、后馈腔腔体底部的短路板、所述后 馈腔腔体中心的十字凸起，所述后馈腔腔体的两窄边的中点分别设有两个楔体，所述楔体 位于所述十字凸起的上下两侧且与所述十字凸起的上下两侧边紧密接触，所述楔体的左右 两侧分别设有一斜体，所述斜体从所述后馈腔腔体的四角倾斜延伸至与所述楔体的左右两 侧面边缘紧密接触，所述后馈腔腔体的两宽边中点的两斜体之间嵌入平行于电场方向的上 脊和下脊，所述上脊和下脊位于所述十字凸起的左右两侧且与十字凸起的左右边缘紧密接 触，所述上脊和下脊具有在双脊喇叭部分内沿传播方向延伸的曲线部分。
[0007] 作为优选方式，所述同轴激励部分包括圆柱台、插入圆柱台中的直径小于圆柱台 的金属套、插入金属套中的直径小于金属套的同轴探针，圆柱台和所述双脊喇叭部分的下 脊相连，所述同轴探针沿电场方向插入所述上脊和下脊。
[0008] 伸出的金属套相当于一个加载负载，可以改变探针上的电流分布，从而改善其辐 射特性。同轴探针、金属套和圆柱台的渐变形成了同轴阻抗变换器，使得同轴到脊的转换的 阻抗匹配问题得到改善。
[0009] 所述同轴探针固定在后馈腔腔体的宽边和上脊的耦合孔上，且保证两者上面的耦 合孔同心；圆柱台和双脊喇叭部分的下脊采用相同材料形成一个整体，金属套和圆柱台用 导电胶粘牢，保证良好的接触。
[0010] 作为优选方式，所述上脊和下脊的曲线部分为指数曲线加上一个线性部分修正的 曲线渐变而成的脊，满足公式：
的垂直距离，y表示离波导后馈腔短路版的垂直距离，Z(O) = 0. 5mm表示离原点坐标的初始 值，L表示脊的整个长度，k的取值如公式所示。
[0012] 作为优选方式，所述双脊喇叭部分为由喇叭宽边侧壁、喇叭窄边侧壁组成的锥台， 锥台的顶端紧密连接模式转换后馈腔部分，所述双脊喇叭部分的喇叭窄边侧壁上设有沿传 播方向位置可调的金属栅。
[0013] 作为优选方式，所述双脊喇叭部分的喇叭窄边侧壁上设有沿传播方向设置的调节 槽，所述金属栅通过螺栓固定在调节槽中。
[0014] 作为优选方式，所述调节槽为沿传播方向设置的一条通槽，当各金属栅紧密结合 时侧壁构成一个连续的金属面。
[0015] 传统的宽带喇叭天线工作在12GHz频率以上的时候，主瓣的辐射方向图会分裂成 4个大的旁瓣，并且增益下降到只有6dBm。开边界的金属喇叭天线高频性能比较好，但是低 频（1~4GHz)性能不好，增益低、驻波大。而将喇叭天线的侧壁换成可调的金属栅之后，将 它们均匀分布可以满足开边界喇叭天线的性能，高频增益好且超过12GHz之后，主瓣方向 图没有恶化，将金属栅紧密结合时侧壁又构成一个连续的金属面从而成为一个传统的喇叭 天线侧壁，可以使得天线的低频性能改善，驻波降低，增益变大。
[0016] 作为优选方式，所述金属栅为3-8个，所述金属栅的宽度6~8mm。
[0017] 金属栅太多或者太宽的话不利于调节金属栅，满足最佳的工作效率，太少或者太 窄的话，不能使得侧壁构成一个完整的面，低频的阻抗匹配会不好。
[0018] 作为优选方式，所述十字凸起的长度为12~14mm，宽度4~6mm，高度4~6mm。
[0019] 这样的尺寸可以形成良好的阻抗匹配，减小电磁波后向辐射、降低驻波、提高增 益。
[0020] 本发明工作原理如下：
[0021] 电磁波经过同轴探针通过耦合孔从后馈腔腔体的宽边中心处垂直于脊波导传输 方向馈入，首先进入模式转换部分。从结构上看，模式转换部分主要由同轴探针、金属套、圆 柱台、以及上脊、下脊构成。为了更好地进行模式转换，通过同轴探针过渡到金属套然后再 过渡到圆柱台的方式使电磁场能量更加匹配的从同轴探针转换到脊波导段。同轴线中传输 的为准TEM波，电场关于?方向对称，均匀分布在同轴探针中，同轴探针穿过上脊后电磁场 能量分散，但电场能量主要被集中到了上脊和下脊之间。这样电场能量就能够从同轴探针 中逐渐的过渡到脊波导段中。
[0022] 短路板上加置了一个十字凸起，并嵌入到模式转换后馈腔部分中，不仅能使短路 板和模式转换后馈腔部分接触，而且能够改善喇叭天线的辐射特性尤其是高频段的方向 图。斜体的存在使得模式转换后馈腔的窄边逐渐扩大，这种过渡能够使天线的驻波系数得 到改善；而楔体的存在能够有效地改善天线的驻波及高频段的方向图。
[0023] 双脊喇叭部分的窄边由多条可调金属栅组成，这种结构能在保证电流传输的同时 大大的降低天线的回波损耗，使得喇叭天线工作在低频时具有良好的驻波比特性，工作在 高频时方向图不会出现恶化，从而改善天线的辐射特性。
[0024] 如上所述，本发明具有以下有益效果：该天线采用直插馈电式结构，通过同轴到脊 的转换，电磁能量馈入到天线中；利用金属套、短路板、斜体、楔体、喇叭窄边侧壁等结构使 得天线获得较小的电压驻波比和良好的辐射方向图，后馈腔采用十字形结构的阻抗匹配方 式，在天线工作的整个频段，有效地减小了天线的驻波，提高了增益，运用同轴到脊过渡和 阻抗匹配等方法进行分析设计，喇叭窄边侧壁由位置可调的金属栅构成，使得喇叭天线不 仅具有良好的低频特性，而且高频辐射方向图不会出现恶化，在0. 8~20GHz宽频带内得到 满意的阻抗匹配及辐射特性，本文设计的基于可调金属栅侧壁、十字形后馈腔结构的超宽 带喇叭天线因为具有功率容量大，频带宽，增益高，方向性好等优点，在航天航空，气象通讯 和现代军事等领域将会有很好的应用前景。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明的整体结构示意图。
[0026] 图2是本发明的同轴线激励部分的结构示意图。
[0027] 图3是本发明的模式转换后馈腔部分的结构示意图。
[0028] 图4是本发明的双脊喇叭部分的喇叭窄边侧壁的结构示意图。
[0029] 图5是本发明的双脊喇叭部分的立体示意图。
[0030] 图6是本发明的VSWR曲线。
[0031] 图7是本发明在12GHz的E面和H面辐射方向图。
[0032] 零件标号说明
[0033] 1是同轴线激励部分，2是模式转换后馈腔部分，3是双脊喇叭部分，11是同轴线， 12是金属套，13是圆柱台，21是短路版，22是斜体，23是模体，211是十字凸起，24是后馈腔 腔体，241是窄边，242是宽边，31是下脊，32是上脊，33是喇叭宽边侧壁，34是喇叭窄边侧 壁，110是同轴探针，111是耦合孔，36是曲线部分，37是金属栅，38是调节槽。
【具体实施方式】
[0034] 以下通过特