一种方向图可重构的纯水喇叭天线的制作方法

本发明属于微波天线领域，具体为一种方向图可重构的纯水喇叭天线。

背景技术：

近年来，使用液体材料设计天线的思想因其易于可重构的特性而得到广泛关注，其中纯水又因具有常见易得、无色透明等特点而得到了尤其多的应用。水天线的设计与应用已成为天线工程研究的热点。水天线往往具备便宜、结构简单、易于加工、高透明度、可重构等特点。

近期涌现出很多水天线设计，其中香港城市大学陆贵文教授团队在《awaterdensedielectricpatchantenna》《awidebandandopticallytransparentwaterpatchantennawithbroadsideradiationpattern》等论文中提出用薄水层构成天线。其中纯水部分更多起到阻隔能量而非辐射的效果。最终构成了纯水贴片天线，获得了极高的透明度与辐射效率，但其辐射方向图与传统微带贴片天线无异，不具备较高的方向性，且不具备可重构特性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种方向图可重构的纯水喇叭天线。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种方向图可重构纯水喇叭天线，包括：透明树脂储水容器、同轴探针、阻抗匹配用金属锥；所述透明树脂储水容器为由透明树脂制成的矩形开口波导，所述透明树脂储水容器内侧设有夹层，所述透明树脂储水容器通过设置在夹层内的树脂壁分割为2段，其中一段h面两翼设有一对张角构成h面喇叭，且张角内部设有独立夹层，所述同轴探针设置于透明树脂储水容器内部，用于进行同轴馈电；所述金属锥设置在同轴探针上，用于阻抗匹配。

优选地，所述透明树脂储水容器内侧夹层与张角内侧夹层厚度相同。

优选地，在透明树脂储水容器另一段的夹层内注纯净水，并通过分别在两翼张角或其中一段夹层内注纯净水，使夹层内水流形状在h面喇叭与矩形开口波导间切换以改变张角大小。

优选地，所述夹层厚度t＝2mm；所述透明树脂储水容器透明树脂壁厚t0＝2mm。

优选地，透明树脂储水容器另一段的宽为a＝80mm；高为b＝35mm；长为l1＝50mm。

优选地，同轴探针内直径d1＝0.6mm，外直径d2＝2mm；同轴探针距离另一段透明树脂储水容器波导壁d＝24mm。

优选地，所述金属锥半径rc＝9mm；高h＝15mm。

优选地，其中一段透明树脂储水容器的宽a2＝240mm；长l2＝150mm。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1、方向图可重构：利用纯水高介电常数的特性，取代传统金属壁对能量进行阻隔，同时利用水的流动性，弥补了传统喇叭天线结构固定的缺点，解决了喇叭天线的可重构问题；

2、高透明度：利用纯水高透明度的特性，配合透明树脂作为储水容器，使得整个天线具有极高的透明度。

3、结构简单：采用同轴探针直接插入进行馈电，馈电结构简单；天线整体呈对称结构，易于加工。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明方向图可重构纯水喇叭天线的三维结构示意图

图2是本发明喇叭天线的俯视图。

图3是本发明喇叭天线的侧视图。

图4是本发明喇叭天线处于第一种工作状态，即在波导前段夹层与两翼张角夹层内注纯净水时的示意图。

图5是本发明喇叭天线处于第二种工作状态，即在波导前段夹层与后段波导夹层内注纯净水时的示意图。

图6是天线于图4所示第一种工作状态时的电场分布图。

图7是天线于图5所示第二种工作状态时的电场分布图。

图8是本发明仿真和测量的s参数。

图9是本发明仿真和测量的增益曲线。

图10是本发明第一种工作状态时仿真和测量的方向图。

图11是本发明第二种工作状态时仿真和测量的方向图。

具体实施方式

如图1～5所示，一种方向图可重构纯水喇叭天线，包括：透明树脂储水容器1、同轴探针2、阻抗匹配用金属锥3；所述透明树脂储水容器1为由透明树脂制成的矩形开口波导，所述透明树脂储水容器1内侧设有夹层，所述透明树脂储水容器1通过设置在夹层内的树脂壁分割为2段，其中一段h面两翼设有一对张角构成h面喇叭，且张角内部设有独立夹层，所述同轴探针2设置于透明树脂储水容器1内部，用于进行同轴馈电；所述金属锥3设置在同轴探针2上，用于阻抗匹配。

在某些实施例中，所述同轴探针2是标准的sma接头，其中心位于储水容器1h面的正中，并将探针穿过下壁伸波导内部馈电。

进一步的实施例中，所述透明树脂储水容器1内侧夹层与张角内侧夹层厚度相同。

进一步的实施例中，在透明树脂储水容器1另一段的夹层内注纯净水，并通过分别在两翼张角或其中一段夹层内注纯净水，使夹层内水流形状在h面喇叭与矩形开口波导间切换以改变张角大小。

进一步的实施例中，所述夹层厚度t＝2mm；所述透明树脂储水容器1透明树脂壁厚t0＝2mm。

在某些实施例中，所述金属锥3为铝制，焊接于同轴探针2顶端，以帮助阻抗匹配。

进一步的实施例中，透明树脂储水容器1另一段的宽为a＝80mm；高为b＝35mm；长为l1＝50mm；

进一步的实施例中，同轴探针2内直径d1＝0.6mm，外直径d2＝2mm；匹配用金属锥3半径：rc＝9mm；高h＝15mm；同轴探针2距离另一段透明树脂储水容器波导壁d＝24mm。

进一步的实施例中，其中一段透明树脂储水容器1的宽a2＝240mm；长l2＝150mm；

本发明通过同轴探针2伸进水壁所围空间内进行馈电，调整水层厚度使其发挥类似反射板的效果，形成对电磁波的束缚。将水壁所围波导开口展宽形成h面喇叭形状。

如图6和图7所示，分别为给h面侧翼部位与开口波导延伸部位注纯净水，即工作状态1与工作状态2的电场分布图。可见在工作状态1下，天线形状与h面喇叭类似，能量大部分自喇叭张口处辐射出去；工作状态2下，天线形状与开口波导类似，能量大部分自波导四壁以泄露的形式四散辐射而出。

为了验证天线性能，将本发明进行加工测试。图8是本发明仿真和测量的s参数。工作状态1下，在中心频率3.85ghz处-10db阻抗带宽为70.1％，在工作状态2下，中心频率4.15ghz处-10db阻抗带宽为74.7％。由于加工误差，仿真和测试结果有些轻微的偏差。图9是本发明两种工作状态下仿真和测试的增益随频率变化曲线。工作状态1下最大增益为11.8dbi，工作状态2下最大增益为7.8dbi。图10、11是本发明在4ghz时仿真和测量的方向图。工作状态1下天线增益与传统h面喇叭天线方向图类似，工作状态2下天线方向图为类锥状波束。测试结果和仿真结果基本一致。由此可以看出，本发明具有良好的方向图可重构性能。

本发明具有宽带、方向图可重构、高透明性能。

本发明利用水层阻隔能量并加强引导，提高方向性；增加侧翼，从而通过改变水流调整喇叭张角，实现方向图可重构。