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一种基于径向盘阻抗变换器的超宽带高增益天线制造技术

技术编号:12511664 阅读:116 留言:0更新日期:2015-12-16 09:14
一种基于径向盘阻抗变换器的超宽带高增益天线,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,能够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。同时,采用了具有电场和磁场集中效应的脊波导结构,在其用于能量交换脊波导腔的两个侧面采用具有超宽带特性的三角脊结构,以保障对于不同频率的电磁波都具有良好匹配的电磁能量变换腔。采用了大口径渐变加脊定向喇叭辐射器设计技术,可以在超宽带内实现天线的高增益和定向性辐射,并控制天线的极化特性和方向图旁瓣。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于径向盘阻抗变换器的超宽带高增益天线,属于天线

技术介绍
常用宽带天线主要有行波天线、非频变天线、多模天线、组合天线四种类型。行波天线,如长线天线、表面波天线、漏波天线、脊波导天线等主要存在天线尺寸大,材料损耗大,天线增益低等问题。非频变天线,如阿基米得平面螺旋天线、对数天线、镜向天线等主要存在材料损耗大,馈电困难、天线增益低等问题。多模天线,如脊变波导断面天线等,主要存在方向性随频率变化而变化等问题。组合天线,如多频组合天线等,主要存在馈电困难,方向性多变,调试困难等问题。经论文和专利检索表明,目前在国内外都没有工作频带范围覆盖1-20GHz、定向辐射,并在整个频段内均具有高达10dBi以上增益的小型天线的研究文献报道和产品生产。根据各种文献和国内外产品的调查结果,目前国内外超宽带天线产品主要存在两个不足:一是天线工作频带范围覆盖1-18GHz,二是天线增益一般较低,尤其是低频段一般低于7-8dBi。从技术、应用和可靠性出发,基于多模脊渐变喇叭天线设计方案是性能较好的,但是其不足之处在于现有的多模脊渐变喇叭天线的驻波系数、工作带宽和天线增益都还达不到较高的设计要求。基于多模脊渐变喇叭天线能够在电压驻波比VSWR<3:1内具有的最大频率宽度仅为1-18GHz,且在低频段的天线增益最大只有7-8dBi,这是最接近工作带宽大于1-20GHz,定向辐射,并在整个频段内均具有高达10dBi以上增益设计要求的天线,也是业界应用最广、效果最好的超宽带高增益小型微波天线,常被用于微波暗室的宽带天线测试和电磁兼容室的宽带EMC测试。2009年发表在国际IEEE-AP杂志上的“ANovelCompactUltraWidebandAnternna”论文中介绍了一种超宽带天线设计方法,采用增加圆球的馈电结构设计,实现了3-100GHz的超宽带内的高增益,虽然该天线具有极宽的工作频带,但由于其天线在水平面上的最大辐射方向随工作频率发生变化,不能用于对天线有定向要求的平台。现有的多模脊渐变喇叭天线设计方法难以在1-20GHz极宽频率范围内实现较高增益的定向辐射和天线的阻抗匹配,当天线工作到相对于最低频率较高的频率范围时,由于基于最低频率设计的脊波导中出现高次模式的电磁波,使得天线高段频率的电磁波辐射方向图发生波瓣分裂。同时,还由于高次模式的原因,使得脊波导与同轴馈电线间的阻抗匹配发生恶化。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供了一种基于径向盘阻抗变换器的超宽带高增益天线,解决影响多模脊变喇叭天线性能的关键技术壁垒,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。本专利技术的技术解决方案是: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、脊波导、矩形喇叭、第一渐变脊、第二渐变脊、馈电柱、馈电接头、三角脊和挡盖;脊波导的腔体内,E面对称设置有斜坡状反射面,H面对称设置有三角脊,脊波导的一端为一平面,与短路面连接,脊波导的另一端与矩形喇叭相连接;矩形喇叭内部的两个宽面上对称安装第一渐变脊和第二渐变脊,第一渐变脊和第二渐变脊的端部均为直径相同的圆柱状过渡,其上设置有垂直于脊波导E面的贯通孔,第一渐变脊和第二渐变脊的端部均与脊波导腔体内的斜坡状反射面固定连接,第一渐变脊和第二渐变脊端部的贯通孔同轴相对,且与设置在脊波导腔体内的斜坡状反射面上的通孔连通;馈电接头下端的馈电探针从脊波导E面外侧插入,馈电探针依次穿过脊波导E面上的贯通孔、第一渐变脊端部的贯通孔以及第一渐变脊和第二渐变脊端部贯通孔之间的缝隙,伸入到第二渐变脊端部的贯通孔中,与馈电柱相接;馈电柱为圆柱状结构,从所述第二渐变脊端部的贯通孔插入;第一渐变脊贯通孔的下端部所在的圆环形端面与第二渐变脊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;挡盖安装在矩形喇叭开口处,将矩形喇叭封闭。所述短路面上有圆柱状凸起,在该凸起的中心盲孔中安装有定位螺栓,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。第一渐变脊和第二渐变脊位于同一个平面内,且该平面为所述天线的对称面。第一渐变脊端部贯通孔的直径大于第二渐变脊端部贯通孔的直径。馈电柱的直径与第二渐变脊端部贯通孔的直径相同,馈电接头下端的馈电探针的直径与馈电柱的直径相同。所述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,所述第二渐变脊端部的圆柱状过渡位于下平板的圆周上;上平板与下平板之间的距离h满足关系式直径D满足关系式其中,Vi为径向盘阻抗变换器上下平板之间的电压,Ii为径向盘阻抗变换器内的位移电流,EZ为径向盘阻抗变换器内的电场,为径向盘阻抗变换器内的磁场,Zin=Vi/Ii,Zin为径向盘阻抗变换器的输入阻抗。所述上平板与下平板之间的距离0.8mm<h<1.2mm,直径3mm<D<5mm,脊波导腔的宽边长度a为所述天线最低工作频率对应的波长的1/4~1/2,窄边长度b小于宽边长度a,所述宽边长度a取值范围为100mm-120mm,窄边长度b取值范围为70mm-90mm。矩形喇叭的口径宽边长度a1为430~470mm,窄边长度b1为330~370mm。所述挡盖采用聚四氟乙烯材料制作,短路面、脊波导、矩形喇叭、第一渐变脊、第二渐变脊和三角脊均采用铝制作,馈电柱材料为铜。本专利技术与现有技术相比的有益效果是:(1)可以在非常宽的工作频率范围内实现高增益工作,有效提高整个系统的工作性能。(2)可以在超宽工作频带内实现定向辐射,且波束宽度和相位中心随频率的变化较之对数周期天线和喇叭天线都要小很多,作为大型天线的馈源使用时,可大大提高整个天线的效率。(3)由于馈电采用同轴线馈电,可以方便的用于许多移动场合。(4)天线结构相对简单、整体尺寸小,这对于应用在任务平台相对紧凑的情况下,该优势将非常宝贵。(5)本专利技术天线技术覆盖频段非常宽、增益相对较高、结构简单、整体尺寸小,非常便于安装使用。该天线技术可广泛用于通信、信号侦察、预警探测、电子对抗以及遥测遥控等业务领域,特别是对于基于航空、航天平台宽本文档来自技高网
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一种基于径向盘阻抗变换器的超宽带高增益天线

【技术保护点】
一种基于径向盘阻抗变换器的超宽带高增益天线,其特征在于: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);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)和第二渐变脊(6)的端部均为直径相同的圆柱状过渡,其上设置有垂直于脊波导(3)E面的贯通孔,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)E面外侧插入,馈电探针依次穿过脊波导(3)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;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。...

【技术特征摘要】
1.一种基于径向盘阻抗变换器的超宽带高增益天线,其特征在于: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);
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)和第二渐变脊(6)的端部均为直径相同的圆柱状过渡,其
上设置有垂直于脊波导(3)E面的贯通孔,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)E面外侧插入,馈电探针依次穿过脊波导(3)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;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。
2.根据权利要求1所述的一种基于径向盘阻抗变换器的超宽带高增益
天线,其特征在于:所述短路面(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。
3.根据权利要求1所述的一种基于径向盘阻抗变换器的超宽带高增益
天线,其特征在于:第一渐变脊(5)和第二渐变脊(6)位于同一个平面内,

\t且该平面为所述天线的对称面。
4.根据权利要求1所述的一种基于径向盘阻抗变换器的超宽带高增益
天线,其特征在于:第一渐变脊(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈玲
申请(专利权)人:陈玲
类型:发明
国别省市:北京;11

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