专利名称：一种金属网格结构喇叭天线的设计方法
技术领域：
本发明提供一种设计高增益天线的方法，特别涉及一种金属网格结构喇叭天线的设计 方法。
技术背景近几年尺寸紧凑、并且具备单点馈电装置的高方向性天线在实际应用中有着非常高的 诱人前景，抛物面天线具有高方向性的特性，但是在一些特殊应用领域，抛物面天线尺寸 过大限制了其应用。普通的微带天线(Microstripantenna)馈电结构简单，但其方向性不高， 而且还受表面波的影响；微带单元组成的阵列天线是一种高方向性的天线，但馈电网络比较复杂，损耗较大，限制其带宽以及辐射效率，因此，研究同时具备尺寸紧凑，馈电机制 简单的高方向性天线便自然引起了人们的极大兴趣。新颖的人工材料如Metamaterials材料的出现，为新型天线的设计指明了一条新的途径，但是如何将其应用于天线的设计之中，还需要人们进行进一步的探索。发明内容本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种通过新颖的人工材料一 网格结构，制作的一种结构紧凑并具有高方向性和高增益的喇叭天线的设计方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特点在于包括下列步骤一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特征在于包括下列步骤(1) 确定所设计的喇叭天线的工作波长为;i;(2) 选择一个普通的矩形截面的喇叭天线，喇叭天线所连接的矩形波导的宽度Wi，长度为L,，喇叭的高度为L，喇叭口的宽度为w_aperture，长度为L—aperture;(3) 采用CST软件对法兰盘结构进行设计，所设计的法兰盘的长度为L—flange,宽度 为w—flange,其大小与喇叭口端面大小相一致；(4) 将步骤(3)所设计好的法兰盘焊接在喇叭口；(5) 采用CST软件设计金属网格结构，整个网格结构大小与法兰盘大小相一致；金属 网格单元内口径为a,金属网格单元的周期为P,金属网格的厚度为dj;(6) 将步骤(5)所设计的金属网格结构嵌入泡沫材料中构成金属泡沫材料，金属网格位于泡沫材料的正中间，该金属泡沫材料的厚度为h;(7) 将两层步骤(6)所设计的金属泡沫材料组合在一起，形成总厚度为2h的金属泡 沫材料；(8) 将步骤(7)所得的总厚度为2h的金属泡沫材料放置于法兰盘上方，其下方距离 法兰盘的距离为d, —种金属网格结构喇叭天线设计完成。所述步骤(2)中的矩形波导的宽度Wi为；i/4-;i/2,矩形波导的长度^为；i/2-/1。所述步骤(2)中的喇叭的高度L范围为；i-3;i。所述步骤(2)中的喇叭口的宽度为义/2~;1,喇叭口的长度为i.5义-2;i。所述步骤(3)中的法兰盘的长度为2.5义~3.5;1,法兰盘的宽度为2.5义-3.5义。 所述步骤(3)中的法兰盘形状为中空结构，中间去掉与喇叭口对应的部分。 所述步骤(5)中的金属网格单元内口径a的大小为；i/4-;i/3，金属网格单元的周期P 为义/4 ~义/3 ,金属网格材料的厚度山为义/200 ~ A/lOO 。所述步骤(6)中的金属泡沫材料的厚度h为A/4 ;i/2。 所述步骤(6)中的泡沫材料为一种具有低折射率的材料。所述步骤(8)中的金属泡沫材料距离法兰盘的距离d为；i/4 ;i/2。本发明与现有技术相比所具有的优点为本发明所设计的天线通过在喇叭口施加金属网格结构，极大的提高了天线的增益，使得它的应用范围更加广泛，可以满足更多领域的需要。
图1是本发明实施例中所选择的普通喇叭天线的结构示意图；图中L为喇叭高度； 图2本发明实施例中在喇叭口焊接法兰盘后的俯视图，其中L—aperture为喇叭口的宽度，w一aperture为喇叭口的长度，L—flange,为法兰盘的宽度，w_fiange为法兰盘的长度； 图3是本发明实施例中的金属网格示意图，其中1为金属，2为泡沫，P为网格周期，a为网格内口径，h为包裹泡沫后单层金属泡沫结构的厚度；图4为本发明实施例中的设计所得的金属网格结构喇叭天线示意图；图中3为矩形波导，4为金属泡沫材料，5为法兰盘，L为喇叭高度，2h为金属泡沫结构的总厚度，d为金属泡沫材料距离法兰盘的距离。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式
详细介绍本发明。 本发明为一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，具体实施步骤 (1)确定所设计的喇叭天线的工作频率为12.5GHz，即其工作波长义为24mm;(2) 选择一个普通的矩形截面的喇叭天线，喇叭天线所连接的矩形波导的宽为 9.525mm，长为19.05mm，喇叭的高度为47.5mm，喇叭口的长度为41.98mm，宽度为 19.05mm，如图1所示；(3) 在喇叭口焊接法兰盘结构，采用软件CST对法兰盘结构进行设计，其大小与所选 择的喇叭口端面大小相一致，不断的变换法兰盘的长度和宽度的值，可以知道当法兰盘的 长度为72.38mm，长度为72.25mm时出射增益最大，效果最好；将此组数据选择为法兰盘 的参数，这里所述的法兰盘为中空结构，中间正好去掉与喇叭口对应的部分；漏出喇叭口， 如图2所示；(4) 选择金属材料为铜，采用软件CST设计金属网格结构，采用印刷电路版技术制作 金属网格结构，整个网格结构大小与法兰盘大小相一致；金属网格单元内口径a为6.4mm, 金属网格单元的周期p为7.5mm，金属网格厚度山为0.2mm,选择介电常数很低的 EMERSON&CUMING的pp-8型号的泡沫材料，将所设计的金属网格结构置于泡沫材料的 正中间，形成金属泡沫材料；金属泡沫材料的总厚度为8.5mm;然后将两层相同的金属泡 沫材料组合在一起，构成厚度为17mm的金属泡沫材料；如图3所示；(5) 将上步骤所得的双层金属泡沬材料放置于法兰盘上方，其下方距法兰盘的距离d 为8.5mm， 一种金属网格结构喇叭天线设计完成，如图4所示。
权利要求
1、一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特征在于包括下列步骤(1)确定所设计的喇叭天线的工作波长为λ；(2)选择一个普通的矩形截面的喇叭天线，喇叭天线所连接的矩形波导的宽度w1，长度为L1，喇叭的高度为L，喇叭口的宽度为w_aperture，长度为L_aperture；(3)采用CST软件对法兰盘结构进行设计，所设计的法兰盘的长度为L_flange，宽度为w_flange，其大小与喇叭口端面大小相一致；(4)将步骤(3)所设计好的法兰盘焊接在喇叭口；(5)采用CST软件设计金属网格结构，整个网格结构大小与法兰盘大小相一致；金属网格单元的内口径为a，金属网格单元的周期为P，网格厚度为d1；(6)将步骤(5)所设计的金属网格结构嵌入泡沫材料中构成金属泡沫材料，金属网格位于泡沫材料的正中间，该金属泡沫材料的厚度为h；(7)将两层步骤(6)所设计的金属泡沫材料组合在一起，形成总厚度为2h的金属泡沫材料；(8)将步骤(7)所得的总厚度为2h的金属泡沫材料放置于法兰盘上方，其下方距离法兰盘的距离为d，一种金属网格结构喇叭天线设计完成。
2、 根据权利要求1所述的一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特征在于，步骤(2)中所述的矩形波导的宽度w!为;t/4-;i/2，矩形波导的长度"为；i/2-;i。
3、 根据权利要求1所述的一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特征在于，步骤(2) 中所述的喇叭的高度L范围为；i-3义。
4、 根据权利要求1所述的一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特征在于，步骤 (2 )中所述的喇叭口的宽度w_aperture为义/2 ~ ;i,喇叭口的长度L—aperture为1.5义~ 。
5、 根据权利要求1所述的一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特征在于，步骤(3) 中所述的法兰盘形状为中空结构，中间去掉与喇叭口对应的部分。
6、 根据权利要求l所述的一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特征在于，步骤 (3)中所述的法兰盘的长度L—flange为2.5义-3.5;i，法兰盘的宽度w—flange为2."~3.5A 。
7、 根据权利要求1所述的一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特征在于，步骤 (5)中所述的金属网格单元的内口径a的大小为义/4-义/3，金属网格单元的周期P为<formula>formula see original document page 2</formula> ，金属网格材料的厚度cU为义/200 ~义/100 。
8、 根据权利要求l所述的一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特征在于，步骤 (6)中所述的金属泡沫材料的厚度h为；i/4 A/2。
9、 根据权利要求l所述的的一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特征在于所 述步骤(6)中的泡沬材料为一种具有低折射率的材料。
10、 根据权利要求1所述的一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特征在于，步 骤(8)中所述的金属泡沫材料距离法兰盘的距离d为义/4-义/2。
全文摘要
一种金属网格结构喇叭天线的设计方法，其特征在于包括以下步骤(1)确定所设计的喇叭天线的工作波长；(2)选择一个普通的矩形截面的喇叭天线，(3)采用CST软件对法兰盘结构进行设计；(4)将设计好的法兰盘焊接在喇叭端口；(5)采用CST软件设计金属网格结构；(6)将所设计的金属网格结构嵌入泡沫材料中构成金属泡沫材料，金属网格位于泡沫材料的正中间；(7)将两层上述设计的金属泡沫材料组合在一起；(8)将所得的金属泡沫材料放置于法兰盘上方，一种金属网格结构喇叭天线设计完成；本发明所设计的天线通过在喇叭口施加金属网格结构，极大的提高了天线的增益，使得它的应用范围更加广泛。
文档编号H01Q13/00GK101272004SQ20081010429
公开日2008年9月24日 申请日期2008年4月17日 优先权日2008年4月17日
发明者史立芳, 徐慧梁, 杜春雷, 罗先刚, 赵泽宇, 邓启凌 申请人:中国科学院光电技术研究所