一种超宽带双极化金属喇叭天线的制作方法

1.本发明涉及天线工程技术领域，尤其涉及一种超宽带双极化金属喇叭天线。


背景技术：

2.随着雷达和电子对抗技术的发展，对用于电磁兼容测量、宽带天线测量等领域的测量天线要求也越来越高，尤其是超宽度、双极化、高增益的要求。在超宽带范围内进行微波测量时，测量天线超宽带化可以避免频繁更换测量天线，双极化测量天线可以同时适用双极化测量，提高测试效率。
3.对数周期天线具有超宽带特性，广泛应用于超宽带测量领域，但其难以实现双极化，且高频段增益不易提高。双极化喇叭天线因为具有超宽带特性、交叉极化低、方向图稳定、高频段增益高等优点，广泛应用于超宽带测量领域。但由于高次模的影响，在高频段喇叭天线方向图容易分裂。在满足方向图形状要求的条件下(轴向增益掉坑小于3db)，一般的超宽带双极化喇叭天线带宽不超过14个倍频程。例如zhongxiang shen等人在ieee antennas and wireless propagation letters(vol.4,pp.270
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273,2005)上发表的题为“a new dual-polarized broadband horn antenna”中介绍了一种双极化角锥喇叭天线，该天线的工作带宽为2～26.5ghz。另外，从结构上传统的闭合喇叭天线尺寸较大，喇叭的口径一般在低频0.7波长左右，喇叭的长度一般超过低频一个波长。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种超宽带双极化金属喇叭天线，该天线具有小型化、超宽带、双极化的特点，可以应用于天线测量、电磁兼容测量等微波测量领域，用于提高测试效率，也可用作阵列天线单元。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种超宽带双极化金属喇叭天线，包括：底座、辐射臂单元和同轴转换单元；所述底座开有倒圆锥形反射腔，所述倒圆锥形反射腔的腔壁上开有安装孔，所述辐射臂单元装配在所述倒圆锥形反射腔内，所述同轴转换单元贯穿所述安装孔后其内导体与对面辐射臂单元连接；
7.所述辐射臂单元包括四个辐射臂，两个辐射臂背部相对构成一组辐射臂对，两组辐射臂对呈十字交叉的方式设置，每组辐射臂对外形类似偶极子天线，每组辐射臂对的长度为低频的半波长；
8.所述辐射臂的整体外形为倒“l”形，且所述辐射臂的内部拐角和背部拐角设置为圆弧，每两个相对设置的辐射臂之间通过各自的背部拐角相对构成喇叭状的开口，喇叭状的开口的外形呈指数方程曲线，喇叭状的开口的长度为低频的五分之一波长。
9.进一步地，为了拓展带宽，所述辐射臂上的背部的脊为倾斜状。
10.进一步地，所述辐射臂的底端设置为与所述倒圆锥形反射腔腔壁相匹配的倾斜状。
11.进一步地，所述辐射臂的下半部为脊波导，所述脊波导与所述同轴转换单元连接。
12.进一步地，所述辐射臂的底端设置有缺口，两个相对设置的辐射臂的缺口相对构成矩形缺口。
13.进一步地，所述同轴转换单元包括sma连接器和馈电探针，所述sma连接器作为所述超宽带双极化金属喇叭天线的馈电接头，所述sma连接器的外壁与所述倒圆锥形反射腔的外壁连接，所述馈电探针贯穿安装在所述安装孔内，所述sma连接器的内导体通过馈电探针内导体与对面脊波导连接。
14.进一步地，所述馈电探针包括金属内导体和包裹在金属内导体外的介质层，所述脊波导上开有便于与所述馈电探针连接的圆孔，所述圆孔的直径与所述馈电探针的介质层直径相同。
15.进一步地，所述底座为方形。
16.与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
17.本发明创新性地设计了一种超宽带双极化金属喇叭天线。该天线工作带宽超过22个倍频程带宽，工作于fl～fh频段(fh/fl＝22.5)，双极化。在工作带宽内，天线的方向图稳定，主波束未见明显分裂。随着频率增加，主波束方向的增益逐步增加。该天线的宽度约为最低频点的半波长，高度为最低频点的半波长。对比国内外的双极化喇叭天线研究现状，本案发明的双极化天线带宽更宽，且尺寸更小。
附图说明
18.图1是本发明实施例提供的一种超宽带双极化金属喇叭天线的三维示意图。
19.图2是本发明实施例提供的一种超宽带双极化金属喇叭天线的俯视图。
20.图3是本发明实施例提供的一种超宽带双极化金属喇叭天线的辐射臂对的正视图。
21.图4是本发明实施例提供的一种超宽带双极化金属喇叭天线的反射腔和同轴转换单元的示意图。
22.图5是本发明实施例提供的一种超宽带双极化金属喇叭天线的脊波导的局部示意图。
23.图6是本发明实施例提供的一种超宽带双极化金属喇叭天线的电压驻波比示意图。
24.图7是本发明实施例提供的一种超宽带双极化金属喇叭天线在低频的幅度方向图。
25.图8是本发明实施例提供的一种超宽带双极化金属喇叭天线在高频的幅度方向图。
26.图9是本发明实施例提供的一种超宽带双极化金属喇叭天线在不同频点的增益示意图。
27.附图标记：1-底座，2-辐射臂，3-sma连接器，4-馈电探针。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.为了解决传统双极化喇叭天线带宽不足的问题，本实施例在传统四脊超宽带双极化闭合式金属喇叭的基础上进行创新设计，提出了一种超宽带双极化金属喇叭天线，如图1所示，本实施例提供的超宽带双极化金属喇叭天线包括底座、辐射臂单元和同轴转换单元。
30.具体的，在本实施例中，底座的外形为方形，底座上开设有倒圆锥形的反射腔，反射腔通过数控机床整体加工，且反射腔的腔壁上开有两个安装孔，便于同轴转换单元中的馈电探针贯穿安装。
31.其中，方形底座的长和宽均为λl/7.5，高度为λl/32，倒圆锥形的反射腔的大端直径为λl/18.75，小端直径为λl/37.5，高度为λl/40；本实施例中λl指低频波长。
32.具体的，在本实施例中，辐射臂单元包括四个辐射臂，两个辐射臂背部相对构成一组辐射臂对，如图2所示，为了实现双极化，两组辐射臂对以十字交叉的方式设置。
33.具体的，在本实施例中，如图3所示，单个辐射臂的整体外形为倒“l”形，且辐射臂的内部拐角和背部拐角设置为圆弧，内部拐角的圆弧半径为λl/12；辐射臂对通过两个辐射臂的背部拐角相对构成喇叭状的开口，喇叭状的开口外形呈指数方程曲线。
34.其中，辐射臂对长度为λl/2，辐射臂对高度为λl/7.5，辐射臂对底部的宽度为λl/7.5，形成的喇叭口的长度为λl/5，整个天线的高度为λl/2.34。
35.如图3、图4所示，辐射臂的底端设置为与倒圆锥形反射腔腔壁相匹配的倾斜状，同时辐射臂的底端还开有缺口，两个相对设置的辐射臂的缺口相对构成一个矩形缺口。
36.辐射臂的下半部为脊波导，与同轴转换单元中的馈电探针连接，辐射臂通过脊波导与同轴转换单元连接。
37.如图5所示，为了拓展带宽，从脊的厚度方向出发，将每个辐射臂背部的脊设为倾斜状。在本实施例中，辐射臂底部脊的倾斜角度为32
°
，该倾斜角的设置改善驻波，并可以减小相对两个辐射臂底部脊波导的距离，相对两个辐射臂底部最近的距离为高频的二十一分之一波长，脊波导最小厚度为高频的二十五分之一波长，脊波导最大厚度是最小厚度的5倍。
38.具体的，在本实施例中，包括两组同轴转换单元，一组同轴转换单元与一组辐射臂对连接，同轴转换单元包括sma连接器和馈电探针，sma连接器的外壁与反射腔的外壁连接，作为本天线的馈电接头，馈电探针包括内部的金属内导体以及包裹在金属内导体外部的介质层，馈电探针贯穿安装在安装孔内，sma连接器的内导体通过细长的馈电探针内导体与对面辐射臂上的脊波导连接。
39.在一个可实行的实施例中，为方便脊波导与馈电探针的安装，辐射臂上的脊波导里面开有一小孔，小孔直径等于馈电探针的介质层的直径。
40.本实施例提供的一种超宽带双极化金属喇叭天线，可工作于fl～fh频段(其中fl和fh分别表示最低和最高工作频率，且fh/fl＝22.5)，在超宽带工作频段内，驻波小于2.5，方向图稳定，轴向增益高，主瓣波束没有明显分裂，且尺寸较小，重量较轻。
41.图6是图1所示的超宽带双极化金属喇叭天线两个端口电压驻波比，在fl～fh(其中fl和fh分别表示最低和最高工作频率)频段范围内，驻波比均小于2.5，倍频程带宽为
22.5。
42.图7是图1所示的超宽带双极化金属喇叭天线端口1在最低工作频点fl的归一化幅度方向图，在该频点，天线的波束较宽。
43.图8是图1所示的超宽带双极化金属喇叭天线端口1在最高工作频点fh的归一化幅度方向图，在该频点，天线的波束较窄。且从图上可以看到，主极化方向图在主瓣波束没有分裂。
44.图9是图1所示的超宽带双极化金属喇叭天线在不同频点的增益，在fl～fh频段范围内，随频率逐步上升，增益基本呈现递增趋势，低频段最低增益大于1db，高频段最高增益为15db，且两个端口增益一致性较好。
45.本实施例提供的一种超宽带双极化金属喇叭天线，解决了传统双极化喇叭天线带宽不足的问题，相比传统喇叭天线，采用本案的设计可以使得双极化喇叭天线的驻波工作带宽超过22个倍频程，且在驻波工作对宽带内，天线的辐射方向图稳定，主瓣未见明显分裂，随着频率升高，主瓣增益逐步升高。
46.该天线的具体用途包括以下几个方面：1)用于超宽带天线的测量；2)用于电磁兼容测量；3)用于无线系统的测量；4)用作阵列天线的单元。
47.该天线在低频段是个谐振天线，主要辐射结构是偶极子形状的辐射臂(喇叭口外测)，偶极子长度约为最低工作频点的半波长；该天线在高频段是非频变天线，主要辐射结构是中间的喇叭口。
48.以上是向熟悉本发明领域的工程技术人员提供的对本发明及其实施方案的描述，这些描述应被视为是说明性的，而非限定性的。工程技术人员可据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施，自然也可以据以上所述对实施方案做一系列的变更。上述这些都应被视为本发明的涉及范围。