超寬帶喇叭天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種改善駐波比及高頻輻射特性的新型超寬帶喇叭天線，可應(yīng)用于電 磁兼容檢測、微波測試及雷達(dá)通信系統(tǒng)等。
【背景技術(shù)】
[0002] 超寬帶天線技術(shù)，是當(dāng)今國內(nèi)外的一個研宄熱點。它早先起源于軍用雷達(dá)領(lǐng)域，在 雷達(dá)探測、反隱身技術(shù)、電子對抗等先進(jìn)軍事技術(shù)中已經(jīng)證明了它的卓越性。近年來，超寬 帶技術(shù)逐漸被引入了民用領(lǐng)域，軍事和民用領(lǐng)域的超寬帶雷達(dá)和通信系統(tǒng)的超寬帶天線備 受重視，在寬帶通信、擴(kuò)頻通信、探地雷達(dá)、沖激雷達(dá)、電磁兼容等瞬態(tài)電磁場領(lǐng)域獲得大量 應(yīng)用。然而現(xiàn)有的寬帶喇叭天線沒有應(yīng)用可調(diào)的金屬柵側(cè)壁，要么是一個固定的金屬側(cè)壁， 要么是一個封閉的金屬側(cè)壁。在進(jìn)行微波測試或微波應(yīng)用時，不能同時滿足所有頻段有良 好的電壓駐波比及輻射方向圖；后饋腔阻抗匹配部分的設(shè)計也不完善，不能有效的抑制后 向電磁波的輻射，降低駐波、提高喇叭天線的增益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種改善駐波比及高頻輻 射特性的新型超寬帶喇叭天線。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0005] 一種超寬帶喇叭天線，包括：模式轉(zhuǎn)換后饋腔部分、鑲嵌于模式轉(zhuǎn)換后饋腔部分中 的同軸線激勵部分、與模式轉(zhuǎn)換后饋腔部分緊密連接的雙脊喇叭部分。
[0006] 所述模式轉(zhuǎn)換后饋腔部分包括：后饋腔腔體、后饋腔腔體底部的短路板、所述后 饋腔腔體中心的十字凸起，所述后饋腔腔體的兩窄邊的中點分別設(shè)有兩個楔體，所述楔體 位于所述十字凸起的上下兩側(cè)且與所述十字凸起的上下兩側(cè)邊緊密接觸，所述楔體的左右 兩側(cè)分別設(shè)有一斜體，所述斜體從所述后饋腔腔體的四角傾斜延伸至與所述楔體的左右兩 側(cè)面邊緣緊密接觸，所述后饋腔腔體的兩寬邊中點的兩斜體之間嵌入平行于電場方向的上 脊和下脊，所述上脊和下脊位于所述十字凸起的左右兩側(cè)且與十字凸起的左右邊緣緊密接 觸，所述上脊和下脊具有在雙脊喇叭部分內(nèi)沿傳播方向延伸的曲線部分。
[0007] 作為優(yōu)選方式，所述同軸激勵部分包括圓柱臺、插入圓柱臺中的直徑小于圓柱臺 的金屬套、插入金屬套中的直徑小于金屬套的同軸探針，圓柱臺和所述雙脊喇叭部分的下 脊相連，所述同軸探針沿電場方向插入所述上脊和下脊。
[0008] 伸出的金屬套相當(dāng)于一個加載負(fù)載，可以改變探針上的電流分布，從而改善其輻 射特性。同軸探針、金屬套和圓柱臺的漸變形成了同軸阻抗變換器，使得同軸到脊的轉(zhuǎn)換的 阻抗匹配問題得到改善。
[0009] 所述同軸探針固定在后饋腔腔體的寬邊和上脊的耦合孔上，且保證兩者上面的耦 合孔同心；圓柱臺和雙脊喇叭部分的下脊采用相同材料形成一個整體，金屬套和圓柱臺用 導(dǎo)電膠粘牢，保證良好的接觸。
[0010] 作為優(yōu)選方式，所述上脊和下脊的曲線部分為指數(shù)曲線加上一個線性部分修正的 曲線漸變而成的脊，滿足公式：
的垂直距離，y表示離波導(dǎo)后饋腔短路版的垂直距離，Z(O) = 0. 5mm表示離原點坐標(biāo)的初始 值，L表示脊的整個長度，k的取值如公式所示。
[0012] 作為優(yōu)選方式，所述雙脊喇叭部分為由喇叭寬邊側(cè)壁、喇叭窄邊側(cè)壁組成的錐臺， 錐臺的頂端緊密連接模式轉(zhuǎn)換后饋腔部分，所述雙脊喇叭部分的喇叭窄邊側(cè)壁上設(shè)有沿傳 播方向位置可調(diào)的金屬柵。
[0013] 作為優(yōu)選方式，所述雙脊喇叭部分的喇叭窄邊側(cè)壁上設(shè)有沿傳播方向設(shè)置的調(diào)節(jié) 槽，所述金屬柵通過螺栓固定在調(diào)節(jié)槽中。
[0014] 作為優(yōu)選方式，所述調(diào)節(jié)槽為沿傳播方向設(shè)置的一條通槽，當(dāng)各金屬柵緊密結(jié)合 時側(cè)壁構(gòu)成一個連續(xù)的金屬面。
[0015] 傳統(tǒng)的寬帶喇叭天線工作在12GHz頻率以上的時候，主瓣的輻射方向圖會分裂成 4個大的旁瓣，并且增益下降到只有6dBm。開邊界的金屬喇叭天線高頻性能比較好，但是低 頻（1~4GHz)性能不好，增益低、駐波大。而將喇叭天線的側(cè)壁換成可調(diào)的金屬柵之后，將 它們均勻分布可以滿足開邊界喇叭天線的性能，高頻增益好且超過12GHz之后，主瓣方向 圖沒有惡化，將金屬柵緊密結(jié)合時側(cè)壁又構(gòu)成一個連續(xù)的金屬面從而成為一個傳統(tǒng)的喇叭 天線側(cè)壁，可以使得天線的低頻性能改善，駐波降低，增益變大。
[0016] 作為優(yōu)選方式，所述金屬柵為3-8個，所述金屬柵的寬度6~8mm。
[0017] 金屬柵太多或者太寬的話不利于調(diào)節(jié)金屬柵，滿足最佳的工作效率，太少或者太 窄的話，不能使得側(cè)壁構(gòu)成一個完整的面，低頻的阻抗匹配會不好。
[0018] 作為優(yōu)選方式，所述十字凸起的長度為12~14mm，寬度4~6mm，高度4~6mm。
[0019] 這樣的尺寸可以形成良好的阻抗匹配，減小電磁波后向輻射、降低駐波、提高增 益。
[0020] 本發(fā)明工作原理如下：
[0021] 電磁波經(jīng)過同軸探針通過耦合孔從后饋腔腔體的寬邊中心處垂直于脊波導(dǎo)傳輸 方向饋入，首先進(jìn)入模式轉(zhuǎn)換部分。從結(jié)構(gòu)上看，模式轉(zhuǎn)換部分主要由同軸探針、金屬套、圓 柱臺、以及上脊、下脊構(gòu)成。為了更好地進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，通過同軸探針過渡到金屬套然后再 過渡到圓柱臺的方式使電磁場能量更加匹配的從同軸探針轉(zhuǎn)換到脊波導(dǎo)段。同軸線中傳輸 的為準(zhǔn)TEM波，電場關(guān)于?方向?qū)ΨQ，均勻分布在同軸探針中，同軸探針穿過上脊后電磁場 能量分散，但電場能量主要被集中到了上脊和下脊之間。這樣電場能量就能夠從同軸探針 中逐漸的過渡到脊波導(dǎo)段中。
[0022] 短路板上加置了一個十字凸起，并嵌入到模式轉(zhuǎn)換后饋腔部分中，不僅能使短路 板和模式轉(zhuǎn)換后饋腔部分接觸，而且能夠改善喇叭天線的輻射特性尤其是高頻段的方向 圖。斜體的存在使得模式轉(zhuǎn)換后饋腔的窄邊逐漸擴(kuò)大，這種過渡能夠使天線的駐波系數(shù)得 到改善；而楔體的存在能夠有效地改善天線的駐波及高頻段的方向圖。
[0023] 雙脊喇叭部分的窄邊由多條可調(diào)金屬柵組成，這種結(jié)構(gòu)能在保證電流傳輸?shù)耐瑫r 大大的降低天線的回波損耗，使得喇叭天線工作在低頻時具有良好的駐波比特性，工作在 高頻時方向圖不會出現(xiàn)惡化，從而改善天線的輻射特性。
[0024] 如上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：該天線采用直插饋電式結(jié)構(gòu)，通過同軸到脊 的轉(zhuǎn)換，電磁能量饋入到天線中；利用金屬套、短路板、斜體、楔體、喇叭窄邊側(cè)壁等結(jié)構(gòu)使 得天線獲得較小的電壓駐波比和良好的輻射方向圖，后饋腔采用十字形結(jié)構(gòu)的阻抗匹配方 式，在天線工作的整個頻段，有效地減小了天線的駐波，提高了增益，運(yùn)用同軸到脊過渡和 阻抗匹配等方法進(jìn)行分析設(shè)計，喇叭窄邊側(cè)壁由位置可調(diào)的金屬柵構(gòu)成，使得喇叭天線不 僅具有良好的低頻特性，而且高頻輻射方向圖不會出現(xiàn)惡化，在0. 8~20GHz寬頻帶內(nèi)得到 滿意的阻抗匹配及輻射特性，本文設(shè)計的基于可調(diào)金屬柵側(cè)壁、十字形后饋腔結(jié)構(gòu)的超寬 帶喇叭天線因為具有功率容量大，頻帶寬，增益高，方向性好等優(yōu)點，在航天航空，氣象通訊 和現(xiàn)代軍事等領(lǐng)域?qū)泻芎玫膽?yīng)用前景。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖2是本發(fā)明的同軸線激勵部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖3是本發(fā)明的模式轉(zhuǎn)換后饋腔部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖4是本發(fā)明的雙脊喇叭部分的喇叭窄邊側(cè)壁的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖5是本發(fā)明的雙脊喇叭部分的立體示意圖。
[0030] 圖6是本發(fā)明的VSWR曲線。
[0031] 圖7是本發(fā)明在12GHz的E面和H面輻射方向圖。
[0032] 零件標(biāo)號說明
[0033] 1是同軸線激勵部分，2是模式轉(zhuǎn)換后饋腔部分，3是雙脊喇叭部分，11是同軸線， 12是金屬套，13是圓柱臺，21是短路版，22是斜體，23是模體，211是十字凸起，24是后饋腔 腔體，241是窄邊，242是寬邊，31是下脊，32是上脊，33是喇叭寬邊側(cè)壁，34是喇叭窄邊側(cè) 壁，110是同軸探針，111是耦合孔，36是曲線部分，37是金屬柵，38是調(diào)節(jié)槽。
【具體實施方式】
[0034] 以下通過特