28] 图2是天线组成结构局部放大图
[0029] 图3是天线整体侧视示意图
[0030] 图4是天线内部结构示意图
[0031 ] 图5是脊波导腔结构示意图
[0032] 图6是脊波导腔三角脊结构图
[0033] 图7是脊波导等效电路图
[0034] 图8是短路面与脊波导连接示意图
[0035] 图9是渐变脊连接示意图
[0036] 图10是渐变脊结构图
[0037] 图11是渐变脊尺寸示意图
[0038] 图12是图10渐变脊结构局部放大图
[0039] 图13是第二渐变脊结构局部放大图
[0040] 图14是径向盘阻抗变换器结构示意图
[0041] 图15是径向盘阻抗变换器等效电路示意图
[0042] 图16是1-20GHZ天线驻波比VSWR测试结果图
[0043] 图17是1-20GHZ天线增益测试结果图
[0044] 图18是天线IGHz的H面辐射方向测试结果图
[0045] 图19是天线IGHz的E面辐射方向测试结果图
[0046] 图20是天线5GHz的H面辐射方向测试结果图
[0047] 图21是天线5GHz的E面辐射方向测试结果图
[0048] 图22是天线IOGHz的H面辐射方向测试结果图
[0049] 图23是天线IOGHz的E面辐射方向测试结果图
[0050] 图24是天线15GHz的H面辐射方向测试结果图
[0051] 图25是天线15GHz的E面辐射方向测试结果图
[0052] 图26是天线20GHz的H面辐射方向测试结果图
[0053] 图27是天线20GHz的E面辐射方向测试结果图
【具体实施方式】
[0054] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0055] 本发明提出了一类具有超宽带高增益特性的天线，通过结构创新和仿真优化技 术，解决影响多模脊变喇叭天线性能的关键技术壁皇，大大扩展了天线的工作频率范围，改 善天线的阻抗匹配和提高天线的辐射增益。除采用脊波导腔和在大口径喇叭天线加入渐变 脊波导结构外，本发明的核心是首次将径向盘技术引入到超宽带天线设计中，在天线的馈 电处增加了径向盘阻抗变换器的设计，从而解决馈电系统中不同传输线变换器的超宽带工 作问题，同时能保障天线辐射器在宽带馈电下实现电磁能量的有效变换和定向辐射。
[0056] 众所周知，实现超宽带天线设计必须解决三大技术难题：即天线在超宽带下的输 入阻抗匹配问题、电磁能量高效变换问题和辐射体与自由空间波阻抗的阻抗匹配问题。依 据天线理论，天线工作带宽与天线的高增益是一对矛盾。为解决上述三个技术难题和天线 工作带宽与高增益间的矛盾，我们在天线设计中采用了脊波导腔；在大口径喇叭天线加入 渐变脊波导结构；在天线的馈电处加入了径向盘阻抗变换技术。
[0057] 径向盘阻抗变换器是微波电路中的一种特殊微波部件，常被用于微波波导电路的 阻抗变换和阻抗匹配。通过对径向盘阻抗变换器的设计，能在超宽带频率范围内实现低阻 抗的天线馈电接头与高阻抗的脊波导腔间的阻抗匹配。通过对径向盘两平板间的距离和平 板半径尺寸的合理设计，径向盘可以在相当宽的频率范围内实现高低阻抗间的阻抗变换， 从而使天线输入端在超宽带频率下具有良好的阻抗匹配，保障天线具有较低的驻波系数， 在大口径高增益喇叭天线设计中保证天线的超宽带阻抗匹配，以满足小型天线的高增益和 超宽带工作设计要求。
[0058] 如图1、2、3、4所示，本发明提供的一种基于径向盘阻抗变换器的超宽带高增益天 线，包括短路面2、脊波导3、矩形喇叭4、第一渐变脊5、第二渐变脊6、馈电柱8、馈电接头9、 三角脊10和挡盖7 ;
[0059] 如图5、图8所示，脊波导3的腔体302内，E面对称设置有斜坡状反射面12, H面 对称设置有三角脊10,脊波导3的一端为一平面301，与短路面2连接，脊波导3的另一端 与矩形喇叭4相连接；矩形喇叭4内部的两个宽面上对称安装第一渐变脊5和第二渐变脊 6,第一渐变脊5的一端为圆柱状过渡，圆柱状过渡上设置有垂直于脊波导3的E面的贯通 孔，第二渐变脊6的一端端部也为圆柱状过渡，该圆柱状过渡上设置有垂直于脊波导3的 E面的贯通孔，两个渐变脊端部的圆柱状过渡直径相同，且两个圆柱状过渡中设置的贯通孔 直径不同。
[0060] 第一渐变脊5和第二渐变脊6的端部均与脊波导3腔体内的斜坡状反射面12固定 连接，第一渐变脊5和第二渐变脊6端部的贯通孔同轴相对，且与设置在脊波导3腔体内的 斜坡状反射面12上的通孔连通；馈电接头9下端的馈电探针从脊波导3的E面外侧插入， 馈电探针依次穿过脊波导3的E面上的贯通孔、第一渐变脊5端部的贯通孔以及第一渐变 脊5和第二渐变脊6端部贯通孔之间的缝隙，伸入到第二渐变脊6端部的贯通孔中，与馈电 柱8相接；
[0061] 馈电探针与第一渐变脊5端部的贯通孔的孔壁不接触，馈电探针的直径与馈电柱 8相同，馈电探针与馈电柱8均与第二渐变脊6端部贯通孔的孔壁接触。
[0062] 馈电柱8为圆柱状结构，从所述第二渐变脊6端部的贯通孔插入；第一渐变脊5贯 通孔的下端部所在的圆环形端面与第二渐变脊6贯通孔的上端部所在的圆环形端面形成 径向盘阻抗变换器11 ;挡盖7安装在矩形喇叭4开口处，将矩形喇叭4封闭。
[0063] 挡盖7采用聚四氟乙烯材料制作，短路面2、脊波导3、矩形喇叭4、第一渐变脊5、 第二渐变脊6和三角脊10均采用铝制作，馈电柱9材料为铜。
[0064] 如图8所示为短路面与脊波导连接示意图。短路面2上有圆柱状凸起，在该凸起 的中心盲孔中安装有定位螺栓1，用于所述天线安装后的定位，中心盲孔周边均匀分布若干 个安装孔，该若干个安装孔分布在同一个圆周上。
[0065] 如图12、13所示，第一渐变脊5端部贯通孔的直径大于第二渐变脊6端部贯通孔 的直径。馈电柱8的直径与第二渐变脊6端部贯通孔的直径相同。
[0066] 如图14所示，径向盘阻抗变换器包括圆环状上平板和圆环状下平板，上平板为第 一渐变脊5贯通孔下端部所在端面上直径为D的圆盘，所述第一渐变脊5端部的圆柱状过 渡位于上平板的圆周上；下平板为第二渐变脊6贯通孔上端部所在上端面上直径为D的圆 盘，所述第二渐变脊6端部的圆柱状过渡位于下平板的圆周上；贯通孔中的馈电探针以及 馈电柱8用于径向盘阻抗变换器的馈电。
[0067] 以1-20GHZ超宽带高增益小型微波天线设计为例，结构设计主要包括径向盘阻抗 变换器设计、脊波导腔设计和大口径渐变加脊定向喇叭辐射器设计三个部分，应遵从以下 步骤实施。
[0068] 1?径向盘阻抗变换器设计
[0069] 天线馈电端采用国标SM同轴接头作为馈电接头9与径向盘阻抗变换器相连。径 向盘阻抗变换器是微波波导电路设计中的一种微波部件，其特点是可以在非常宽的频率范 围内实现较小阻抗与较大阻抗间的良好阻抗匹配。本天线馈电接头采用了 50欧姆同轴线， 当天线工作在超宽带下，天线特性阻抗将随频率变化有比较大的变化。而由于径向盘阻抗 变换器盘间距离非常小，故其特性阻抗的绝对值相比50欧姆是非常小的。因此，在天线馈 电处设计一径向盘阻抗变换器可以在非常宽的频率范围内实现天线特性阻抗与同轴线的 阻抗匹配。
[0070] 径向盘阻抗变换器结构示意图见图14,等效电路示意图见图15,径向盘阻抗变换 器设计在大口径渐变加脊定向喇叭辐射器渐变脊的末端（见图12、图13、图14)，通过对径 向盘阻抗变换器两平板间的距离h和平板半径D尺寸的合理设计和电磁仿真，安装在脊波 导腔内的径向盘阻抗变换器可在1-20GHZ相当宽频率范围内实现高低阻抗间的阻抗变换， 从而保证天线输入端在超宽带频率下具有良好的阻抗匹配，保证天线具有较低的驻波系 数。
[0071] 上平板与下平板之间的距离h满足关系式
f直径D满足关系式
?其中，1为径向盘阻抗变换器上下平板之间的电压，I i为径