一種基于徑向盤阻抗變換器的超寬帶高增益天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于徑向盤阻抗變換器的超寬帶高增益天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 常用寬帶天線主要有行波天線、非頻變天線、多模天線、組合天線四種類型。行波 天線，如長(zhǎng)線天線、表面波天線、漏波天線、脊波導(dǎo)天線等主要存在天線尺寸大，材料損耗 大，天線增益低等問題。非頻變天線，如阿基米得平面螺旋天線、對(duì)數(shù)天線、鏡向天線等主要 存在材料損耗大，饋電困難、天線增益低等問題。多模天線，如脊變波導(dǎo)斷面天線等，主要 存在方向性隨頻率變化而變化等問題。組合天線，如多頻組合天線等，主要存在饋電困難， 方向性多變，調(diào)試?yán)щy等問題。
[0003] 經(jīng)論文和專利檢索表明，目前在國(guó)內(nèi)外都沒有工作頻帶范圍覆蓋1-20GHZ、定向 福射，并在整個(gè)頻段內(nèi)均具有高達(dá)10地iW上增益的小型天線的研究文獻(xiàn)報(bào)道和產(chǎn)品生 產(chǎn)。根據(jù)各種文獻(xiàn)和國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的調(diào)查結(jié)果，目前國(guó)內(nèi)外超寬帶天線產(chǎn)品主要存在兩個(gè)不 足：一是天線工作頻帶范圍覆蓋1-18GHZ，二是天線增益一般較低，尤其是低頻段一般低于 7-8地i。
[0004] 從技術(shù)、應(yīng)用和可靠性出發(fā)，基于多模脊?jié)u變卿趴天線設(shè)計(jì)方案是性能較好的，但 是其不足之處在于現(xiàn)有的多模脊?jié)u變卿趴天線的駐波系數(shù)、工作帶寬和天線增益都還達(dá)不 到較高的設(shè)計(jì)要求?；诙嗄＜?jié)u變卿趴天線能夠在電壓駐波比VSWR<3:1內(nèi)具有的最大 頻率寬度僅為1-18GHZ，且在低頻段的天線增益最大只有7-8地i，運(yùn)是最接近工作帶寬大 于1-20GHZ，定向福射，并在整個(gè)頻段內(nèi)均具有高達(dá)10地iW上增益設(shè)計(jì)要求的天線，也是 業(yè)界應(yīng)用最廣、效果最好的超寬帶高增益小型微波天線，常被用于微波暗室的寬帶天線測(cè) 試和電磁兼容室的寬帶EMC測(cè)試。2009年發(fā)表在國(guó)際IE邸-AP雜志上的"ANovelCompact 叫traWidebandAnternna"論文中介紹了一種超寬帶天線設(shè)計(jì)方法，采用增加圓球的饋電 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了 3-lOOGHz的超寬帶內(nèi)的高增益，雖然該天線具有極寬的工作頻帶，但由 于其天線在水平面上的最大福射方向隨工作頻率發(fā)生變化，不能用于對(duì)天線有定向要求的 平臺(tái)。 陽0化]現(xiàn)有的多模脊?jié)u變卿趴天線設(shè)計(jì)方法難W在1-20GHZ極寬頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高 增益的定向福射和天線的阻抗匹配，當(dāng)天線工作到相對(duì)于最低頻率較高的頻率范圍時(shí)，由 于基于最低頻率設(shè)計(jì)的脊波導(dǎo)中出現(xiàn)高次模式的電磁波，使得天線高段頻率的電磁波福射 方向圖發(fā)生波瓣分裂。同時(shí)，還由于高次模式的原因，使得脊波導(dǎo)與同軸饋電線間的阻抗匹 配發(fā)生惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于徑向盤阻抗變 換器的超寬帶高增益天線，解決影響多模脊變卿趴天線性能的關(guān)鍵技術(shù)壁壘，大大擴(kuò)展了 天線的工作頻率范圍，改善天線的阻抗匹配和提高天線的福射增益。 陽007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0008] 一種基于徑向盤阻抗變換器的超寬帶高增益天線，包括短路面、脊波導(dǎo)、矩形卿 WU第一漸變脊、第二漸變脊、饋電柱、饋電接頭、=角脊和擋蓋；
[0009] 脊波導(dǎo)的腔體內(nèi)，E面對(duì)稱設(shè)置有斜坡狀反射面，H面對(duì)稱設(shè)置有=角脊，脊波導(dǎo) 的一端為一平面，與短路面連接，脊波導(dǎo)的另一端與矩形卿趴相連接；矩形卿趴?jī)?nèi)部的兩個(gè) 寬面上對(duì)稱安裝第一漸變脊和第二漸變脊，第一漸變脊和第二漸變脊的端部均為直徑相同 的圓柱狀過渡，其上設(shè)置有垂直于脊波導(dǎo)E面的貫通孔，第一漸變脊和第二漸變脊的端部 均與脊波導(dǎo)腔體內(nèi)的斜坡狀反射面固定連接，第一漸變脊和第二漸變脊端部的貫通孔同軸 相對(duì)，且與設(shè)置在脊波導(dǎo)腔體內(nèi)的斜坡狀反射面上的通孔連通；饋電接頭下端的饋電探針 從脊波導(dǎo)E面外側(cè)插入，饋電探針依次穿過脊波導(dǎo)E面上的貫通孔、第一漸變脊端部的貫通 孔W及第一漸變脊和第二漸變脊端部貫通孔之間的縫隙，伸入到第二漸變脊端部的貫通孔 中，與饋電柱相接；饋電柱為圓柱狀結(jié)構(gòu)，從所述第二漸變脊端部的貫通孔插入；第一漸變 脊貫通孔的下端部所在的圓環(huán)形端面與第二漸變脊貫通孔的上端部所在的圓環(huán)形端面形 成徑向盤阻抗變換器；擋蓋安裝在矩形卿趴開口處，將矩形卿趴封閉。
[0010] 所述短路面上有圓柱狀凸起，在該凸起的中屯、盲孔中安裝有定位螺栓，用于所述 天線安裝后的定位，中屯、盲孔周邊均勻分布若干個(gè)安裝孔，該若干個(gè)安裝孔分布在同一個(gè) 圓周上。
[0011] 第一漸變脊和第二漸變脊位于同一個(gè)平面內(nèi)，且該平面為所述天線的對(duì)稱面。
[0012] 第一漸變脊端部貫通孔的直徑大于第二漸變脊端部貫通孔的直徑。
[0013] 饋電柱的直徑與第二漸變脊端部貫通孔的直徑相同，饋電接頭下端的饋電探針的 直徑與饋電柱的直徑相同。
[0014] 所述徑向盤阻抗變換器包括圓環(huán)狀上平板和圓環(huán)狀下平板，上平板為第一漸變脊 貫通孔下端部所在端面上直徑為D的圓盤，所述第一漸變脊端部的圓柱狀過渡位于上平板 的圓周上；下平板為第二漸變脊貫通孔上端部所在上端面上直徑為D的圓盤，所述第二漸 變脊端部的圓柱狀過渡位于下平板的圓周上；上平板與下平板之間的距離h滿足關(guān)系式 K=￡心，，直徑D滿足關(guān)系式J, =D.好從，其中，Vi為徑向盤阻抗變換器上下平板之 間的電壓，Ii為徑向盤阻抗變換器內(nèi)的位移電流，Ez為徑向盤阻抗變換器內(nèi)的電場(chǎng)，//,.為 徑向盤阻抗變換器內(nèi)的磁場(chǎng)，Zm=V1八1，Zi。為徑向盤阻抗變換器的輸入阻抗。
[0015] 所述上平板與下平板之間的距離0. 8mm<h<l. 2mm，直徑3mm<^5mm，
[0016] 脊波導(dǎo)腔的寬邊長(zhǎng)度a為所述天線最低工作頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的1/4~1/2,窄邊 長(zhǎng)度b小于寬邊長(zhǎng)度a,所述寬邊長(zhǎng)度a取值范圍為100mm-120mm，窄邊長(zhǎng)度b取值范圍為 70mm-90mm。
[0017] 矩形卿趴的口徑寬邊長(zhǎng)度al為430~470mm，窄邊長(zhǎng)度bl為330~370mm。
[0018] 所述擋蓋采用聚四氣乙締材料制作，短路面、脊波導(dǎo)、矩形卿趴、第一漸變脊、第二 漸變脊和=角脊均采用侶制作，饋電柱材料為銅。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0020] (1)可W在非常寬的工作頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高增益工作，有效提高整個(gè)系統(tǒng)的工作 性能。
[0021] (2)可W在超寬工作頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)定向福射，且波束寬度和相位中屯、隨頻率的變化 較之對(duì)數(shù)周期天線和卿趴天線都要小很多，作為大型天線的饋源使用時(shí)，可大大提高整個(gè) 天線的效率。
[0022] (3)由于饋電采用同軸線饋電，可W方便的用于許多移動(dòng)場(chǎng)合。
[0023] (4)天線結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、整體尺寸小，運(yùn)對(duì)于應(yīng)用在任務(wù)平臺(tái)相對(duì)緊湊的情況下， 該優(yōu)勢(shì)將非常寶貴。
[0024] (5)本發(fā)明天線技術(shù)覆蓋頻段非常寬、增益相對(duì)較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、整體尺寸小，非常 便于安裝使用。該天線技術(shù)可廣泛用于通信、信號(hào)偵察、預(yù)警探測(cè)、電子對(duì)抗W及遙測(cè)遙控 等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，特別是對(duì)于基于航空、航天平臺(tái)寬帶調(diào)頻通迅、信號(hào)偵察、預(yù)警探測(cè)、電子對(duì)抗 等系統(tǒng)建設(shè)，既可作為獨(dú)立天線使用，也可作為大型天線的饋源使用，安裝非常方便。由于 運(yùn)樣一個(gè)天線可W代替W往的多個(gè)分段天線，因此可W很好地解決W往由于受天線寬帶技 術(shù)限制，需要在許多航天、航空、地面機(jī)動(dòng)等偵察、探測(cè)平臺(tái)上需要安裝使用多個(gè)天線，采用 多個(gè)頻段天線拼接，從而引起平臺(tái)選型難、改造復(fù)雜，使用受限，影響系統(tǒng)性能等問題。
[00巧](6)本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)將徑向盤阻抗變換器技術(shù)應(yīng)用于超寬帶天線設(shè)計(jì)當(dāng)中，完美 地解決了超寬帶天線的阻抗匹配問題。采用徑向盤技術(shù)的多模脊?jié)u變卿趴天線的相對(duì)頻率 寬度已達(dá)到了 192%，較現(xiàn)有同類天線179%的相對(duì)頻率寬度提高了 13%W上。
[00%] (7)本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)中添加了=角脊，大大擴(kuò)展天線的截止頻率，從而極大地?cái)U(kuò)展 天線的工作帶寬。脊波導(dǎo)腔內(nèi)的E面斜坡使得能夠形成虛擬反射面，提高阻抗匹配能力。
【附圖說明】