一种加载金属栅的角锥喇叭天线及其设计方法
【专利摘要】本发明属于微波通信领域，尤其涉及一种加载金属栅的角锥喇叭天线。该加载金属栅的角锥喇叭天线，包括角锥喇叭天线和金属栅。金属栅为n条金属条带平行设置于角锥喇叭天线的口径，6≤n≤12，金属条带与口径的H面边w2垂直，且w2口径上的中垂线两侧的金属条带关于该中垂线对称。金属条带的长度TL等于口径E面边b2，金属条带的宽度0.01mm≤TW≤(w2/λ)mm，厚度0.01mm≤D≤TW。相邻金属条带间距由中间向两边渐变。本发明提供了一种新的透镜形式，通过在角锥喇叭天线的口径加载金属栅，提高了天线增益和实现更好的方向性，同时基本不会增加天线的体积且加工过程简单。
【专利说明】
一种加载金属栅的角锥喇叭天线及其设计方法
技术领域
[0001 ]本发明属于微波通信领域，涉及传输线、透镜、天线技术。尤其涉及一种加载金属栅的角锥喇叭天线。
【背景技术】
[0002]角锥型喇叭天线作为口径面天线之一，本身具有宽频带、低副瓣、结构简单的优点，在微波通信领域有着广泛的应用，它的主要功能是在比波导更大的口径上产生均匀的相位波前，从而获得更好的定向性。
[0003]与此同时，角锥天线口径通过添加透镜成为透镜天线可以提高天线的增益和实现更好的方向性。但介质透镜在优化天线性能的同时也会增加天线的体积。新型透镜的研究具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]针对上述现状，本发明提供了一种加载金属栅的角锥喇叭天线。金属栅作为一种新的透镜形式，以提高天线增益和实现更好的方向性，同时基本不会增加天线的体积且加工过程简单。
[0005]该加载金属栅的角锥喇叭天线，包括角锥喇叭天线和金属栅。
[0006]所述金属栅为η条金属条带平行设置于角锥喇叭天线的口径，12，金属条带与口径的H面边w2垂直，并被口径完全覆盖，且w2口径上的中垂线两侧的金属条带关于该中垂线对称。
[0007]金属条带的长度TL等于口径E面边b2，金属条带的宽度0.0lmm^ Tff^ (w2/A)mm，厚度0.0lmm彡D彡TW。相邻金属条带间距由w2中间向两边渐变。金属条带的经验公式:tl=min(λ/2，w2/3)，tl = 2*t2, t2 = 2*t3，…，t(n/2) >1￥，且1:1+2衬2+2衬3+...+2*t(n/2) <w2。其中tl为最大相邻金属条带的间距。
[0008]其设计方法为:
[0009]步骤1、选取定角锥喇叭天线，并提取该天线的参数；
[0010]步骤2、根据菲涅透镜的原理以及经验公式
[0011]tl=min(A/2，w2/3)，tl = 2*t2，t2 = 2*t3,...，t(n/2)>TW，
[0012]确定η、TW、D和11的位置，初算金属条带的间距。
[0013]步骤3、将步骤2得到的参数在HFSS中建模，并通过HFSS对金属栅参数进行综合优化。
[0014]本发明提供了一种新的透镜形式，通过在角锥喇叭天线的口径加载金属栅，提高了天线增益和实现更好的方向性，同时基本不会增加天线的体积且加工过程简单。
【附图说明】
[0015]图1是未加金属栅的SIW角锥型喇叭天线的立体示意图；
[0016]图2是该加金属栅的SIW角锥型喇叭天线的立体示意图；
[0017]图3是该加金属栅的SIW角锥型喇叭天线的俯视示意图；
[0018]图4是该加金属栅的SIW角锥型喇叭天线的右视示意图；
[0019]图5是该加金属栅的SIW角锥型喇叭天线的主视示意图；
[0020]图6是未加金属栅的SIW角锥型喇叭天线的E面和H面辐射天线图；
[0021 ]图7是该加金属栅的SIW角锥型喇叭天线的E面和H面辐射天线图；
[0022]图8是未加金属栅的SIW角锥型喇叭天线的回波损耗图；
[0023]图9是加金属栅的SIW角锥型喇叭天线的回波损耗图。
【具体实施方式】
[0024]以SIW的角锥天线为例，并结合附图，具体说明本发明的技术方案。
[0025]步骤1、选取X波段的SIW角锥喇叭天线如图1。正方形通孔边长d = 0.8mm，相邻金属通孔孔间距P = 1.4mm。天线喉部的SIW厚度bI = 2.8mm，SIW传输线的两排金属孔之间距离wl=13.8mm。天线中角锥部分的长度L = 40mm，w2 = 47.6mm，b2 = 26mm。其中介质基板的参数为:相对介电常数为2.1，损耗正切为0.001。
[0026]步骤2、在喇叭天线端口添加与喇叭口长边垂直E面等高的宽度为0.1mm厚度为
0.0 Imm的金属条带，根据菲涅透镜的原理以及经验公式
[0027]tl =min(A/2，w2/3)，tl = 2*t2, t2 = 2*t3,...，t (n/2) >TW，取n= 10，tl居中，确定金属条带的间距，如图四，11 = 16臟，t2 = 8mm，t3 = 4mm，t4 = 2mm，t5 = I臟。
[0028]步骤3、将步骤2得到的参数在HFSS中建模，并对金属栅参数进行综合优化。最终数值为1^1 = 16.4臟42 = 7.611111143 = 411111144 = 211111145 = 11111]1。宽度为0.1mm，厚度为0.0lmm0
[0029]该实施例为加金属栅的SIW角锥喇叭天线，工作波段为X波段，中心频率为
11.24GHz，带宽300M。该加金属栅的SIW角锥型喇叭天线采用电磁仿真软件HFSS进行设计，其结果如图6?图9所示。该加金属栅的SIW角锥型喇叭天线采用电磁仿真软件HFSS进行设计。如图6，未加金属栅的SIW角锥型喇叭天线的增益11.面的半功率波束宽度为56° ;11面的半功率波束宽度为39°。对比图7，由于增加了金属栅，加金属栅的SIW角锥型喇叭天线的增益12.72dbi，增加了0.TSdbit3E面的半功率波束宽度变为48°，减小了8°，H面的半功率波束宽度变为32°，减小了7°。如图7和图8，天线的回波损耗也有很好的降低。说明加金属栅的SIW角锥型喇叭天线提高了该天线的增益，压窄了该天线的半功率波束宽度，增强了天线的方向性，以及作用距离，增强抗干扰能力。
【主权项】
1.一种加载金属栅的角锥喇叭天线，其特征在于:包括角锥喇叭天线和金属栅； 所述金属栅由η条金属条带平行设置于角锥喇叭天线的口径，6<n<12，金属条带与口径的H面边w2垂直，并被口径完全覆盖，且w2 口径上的中垂线两侧的金属条带关于该中垂线对称； 金属条带的长度TL等于口径E面边b2，金属条带的宽度0.0lmm彡TW彡(w2/A)mm，厚度0.0lmm彡D彡TW;相邻金属条带间距由w2中间向两边渐变，金属条带的经验公式:tl=min(λ/2，w2/3)，tl = 2*t2, t2 = 2*t3，…，t(n/2) >1￥，且1:1+2衬2+2衬3+...+2*t(n/2) <w2，其中tl为最大相邻金属条带的间距。2.如权利要求1所述加载金属栅的角锥喇叭天线，其特征在于:所述角锥喇叭天线为SIW角锥喇叭天线或矩形波导角锥喇叭天线。3.如权利要求1所述加载金属栅的角锥喇叭天线，其特征在于: 天线具体参数为:SIW角锥喇叭天线，工作波段为X波段，中心频率为11.24GHz，带宽300M，正方形通孔边长d = 0.8mm，相邻金属通孔孔间距p = 1.4mm，角锥喇叭天线喉部的SIW厚度即SIW传输线厚度bl = 2.8mm，SIW传输线的两排金属孔之间距离wl = 13.8mm，天线中角锥部分的长度L = 40mm，w2 = 47.6mm，b2 = 26mm，介质基板的相对介电常数为2.1，损耗正切为0.001; tl = 16.4mm，t2 = 7.6mm，t3 = 4mm，t4 = 2mm，t5 = 1mm;金属条带宽度为0.1mm，厚度为O-Olmm04.如权利要求1所述加载金属栅的角锥喇叭天线，其设计方法包括以下步骤: 步骤1、选取定角锥喇叭天线，并提取该天线的参数； 步骤2、根据菲涅透镜的原理以及经验公式 tl =min(A/2，w2/3)，tl = 2*t2，t2 = 2*t3,...，t(n/2)>TW， 确定n、TW、D和tl的位置，初算金属条带的间距； 步骤3、将步骤2得到的参数在HFSS中建模，并通过HFSS对金属栅参数进行综合优化。
【文档编号】H01Q13/02GK106033843SQ201610481476
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】陈良, 梁新鹏, 汪晓光, 邓龙江, 梁迪飞, 李丽华, 董师伶
【申请人】电子科技大学