一种矩形槽波导喇叭天线的制作方法

本实用新型涉及矩形槽波导喇叭天线技术领域，特别工作在毫米波、亚毫米波频率范围内的微波发射和接收装置。

背景技术：

在毫米波段，同轴线、微带传输线的传输损耗显著增加，多采用波导传输线，如矩形波导和圆波导等，但它们的口径尺寸随频率增加明显缩小，功率容量小且频率高端损耗也明显增加，功率容量受到限制。1952年Tischer.F.J第一次提出了槽波导的概念，70年代后期，Haris等人研制出一些矩形槽波导的元件，随后圆形及其它截面形状的槽波导也相继出现。在毫米波及亚毫米波段，矩形波导的尺寸较小，增加了加工的难度，其传输损耗也随频率升高迅速增大，槽波导与矩形波导相比，它衰减小、色散低、功率容量高、加工方便，为毫米波及亚毫米波器件设计提供了一个选择方向。

喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，它的结构简单功率容量大，矩形槽波导喇叭天线是由矩形槽波导在终端处逐张开外延形成的喇叭口。矩形槽波导喇叭天线也拥有矩形槽波导的特点，如频带宽、衰减小等，可以作为初级辐射器或次级辐射器使用。矩形槽波导终端张开形成了喇叭天线，合理调整喇叭口的张角，可以控制喇叭的辐射特性，喇叭口的方向可以形成较好的电磁波定向辐射。但是，在口径张开的位置矩形槽波导的尺寸发生了变化，存在着结构不连续的现象，存在严重的电磁波反射；喇叭口的终端面，电磁波从开口处向外辐射，喇叭与外空间的阻抗不匹配，同样存在严重的电磁波反射。因此喇叭尺寸变化的不连续及开口端面的反射问题，也是喇叭天线研究的课题之一。

技术实现要素：

本实用新型要解决的问题，在于现有的矩形槽波导喇叭天线在口径张开的位置处矩形槽波导的尺寸发生变化，存在电磁波反射；喇叭口的终端面亦存在严重的电磁波反射的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供的矩形槽波导喇叭天线包括相互平行且位置相对的上导体板和下导体板，上导体板和下导体板的两侧边通过介质支撑块支撑并固定，在上导体板的中部向上外凸设置上凸部，在下导体板上对应上凸部外凸设置下凸部；上凸部与下凸部匹配形成矩形槽波导和喇叭天线，矩形槽波导与喇叭天线过渡连接，矩形槽波导与介质支撑块平行；在上凸出部和下凸出部内设置匹配介质，匹配介质一端在矩形槽波导内，另一端在喇叭天线内，所述匹配介质至少一块，每块匹配介质之间设有间隙。

本实用新型从结构上可以看成是两个部分构成：矩形槽波导和喇叭天线。矩形槽波导传输线是天线的馈线部分，将发射的微波能量传输至喇叭天线。矩形槽波导喇叭天线是在矩形槽波导基础上，由矩形槽波导在终端处逐张开外延形成的喇叭口，矩形槽波导与喇叭天线之间的分界面上，因结构变化而造成了阻抗变化，结构不连续会引起电磁波的反射；在矩形槽波导和喇叭天线内添加匹配介质，用于调节该处的阻抗匹配，减小电磁波的反射。

进一步地，本实用新型矩形槽波导喇叭天线还包括端面覆盖介质，端面覆盖介质盖于喇叭天线的信号输出端的端面上。灰尘杂质通过喇叭口进入系统会带来的众多未知的干扰和影响，甚至损坏天线系统，端口面覆盖介质位于槽波导喇叭口的端面上，可以将喇叭口封闭，保证系统的工作稳定，同时也有一定的阻抗匹配作用。端面覆盖介质也可小于喇叭天线输出端面的大小。

上述介质支撑块、匹配介质和端面覆盖介质的介电常数为2～5。

匹配介质的厚度为0.5mm～3mm，匹配介质位于矩形槽波导内的部分为矩形，位于喇叭天线内的部分为梯形。即上述匹配介质由相连的矩形和梯形板状材料组成，矩形的一边连接梯形的上底，且与上底等长，矩形部分匹配介质位于矩形槽中，梯形部分匹配介质位于喇叭天线中。匹配介质位于槽波导与喇叭的分界面附近匹配介质的高度可以为满高度，或者部分高度，匹配介质的大小、形状、填充均会影响阻抗匹配的调节。通过添加匹配介质，改善因波导口径扩展而带来的不连续而引起电磁波的反射，增强了天线的有效辐射。

上述匹配介质的形状也可为矩形，该矩形一部分在矩形槽中，剩下部分在喇叭天线中。

进一步地，在矩形槽波导内表面镀银或镀金。以增加内表面的导电率，从而进一步降低传输损耗。

进一步地，在喇叭天线内表面镀银或镀金。

上述介质支撑块、匹配介质和端面覆盖介质由聚四氟乙烯制成。聚四氟乙烯具有良好的稳定性和电绝缘性，为低损耗低介电常数的材料。

进一步地，上述喇叭天线为E面扇形喇叭、H面扇形喇叭或角锥喇叭。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：利用矩形槽波导实现的喇叭天线，能够实现较大功率的毫米波、亚毫米波频范围内的微波发射和接收；采用匹配介质可以调节和改善矩形槽波导与喇叭天线之间的反射问题，匹配介质的尺寸可以调整，匹配介质的数量与填充的位置可以适当选取，可以灵活地调整矩形槽波导与喇叭天线的阻抗匹配，降低了该处的反射状况，改善工作频率的驻波，增加了总的有效辐射功率。通过端口面覆盖介质将喇叭口封闭，可以避免杂质带来的干扰或影响，保证系统的工作稳定，同时也有一定的阻抗匹配作用。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型结构剖面图；

图3是本实用新型匹配介质形状示意图；

图4是本实用新型端面覆盖介质示意图；

图5是本实用新型矩形槽波导喇叭天线的辐射仿真图；

图6是现有技术槽波导喇叭天线的端口的驻波图；

图7是本实用新型实施例槽波导喇叭天线的端口的驻波图。

图中标记：

1.上导体板，2.下导体板，3.介质支撑块，4.喇叭天线，5.矩形槽波导，6.匹配介质，7.端面覆盖介质。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

如图1所示，本发明中，矩形槽波导喇叭天线包括相互平行且位置相对的上导体板1和下导体板2，上导体板和下导体板的两侧边通过介质支撑块3支撑并固定，在上导体板的中部向上外凸设置上凸部，在下导体板上对应上凸部外凸设置下凸部；上凸部与下凸部匹配形成矩形槽波导5和喇叭天线4，矩形槽波导5与喇叭天线4过渡连接；矩形槽波导5与喇叭天线4内表面镀银，匹配介质6一端在矩形槽波导内，另一端在喇叭天线内。喇叭天线4的输出端面设有端面覆盖介质7，其形状如图4所示，端面覆盖介质7将喇叭口封闭，有一定的阻抗匹配作用。本实施例端面覆盖介质与介质支撑块均为聚四氟乙烯。

本实施例具体尺寸为：矩形槽凸出部分的高度为5mm，宽度为6mm，矩形槽波导的总宽度为52mm，矩形槽的与喇叭天线的总长度为27.4mm，两侧的介质支撑块的宽度为5mm，高度为6mm。喇叭天线部分的轴线长度为7.5mm，喇叭口的宽度为14.66mm，喇叭口的高度为26mm。工作中心频率为50GHz，通过仿真，槽波导喇叭天线的增益如图6所示，最大辐射方向为槽波导喇叭的轴线方向，增益达到20dB。

本例的匹配介质的相对介电常数为3.48，大小为2mm×8mm的矩形，其厚度为1mm，位于矩形槽与喇叭天线的交界处，该矩形的匹配介质一部分在矩形槽中，其余部分在喇叭天线中。采用了匹配介质后，端口的驻波得到了改善。

槽波导喇叭天线存在结构的不连续，尺寸变化会引起电磁波的反射，影响端口的驻波，槽波导喇叭天线的端口的驻波如图6所示。由于矩形槽波导与喇叭天线之间的分界面上，因结构变化而造成了阻抗变化，在此处添加匹配介质，可以改变阻抗，调节该处的阻抗匹配。添加了部分高度的匹配介质，端口的驻波如图7所示，在中心频率处端口的驻波得到了改善。

上述实施例仅仅是较佳的实施例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。