小型化加载慢波结构的H面喇叭天线、雷达、通信系统技术方案

本发明专利技术属于天线技术领域，公开了一种小型化加载慢波结构的H面喇叭天线、雷达、通信系统，包括：波导、H面喇叭结构和慢波结构；其中在矩形金属波导宽壁上下内表面设置有一列两个对称方形金属柱；所述慢波结构设置在H面喇叭本体的张角区域宽面上下内表面，所述慢波结构由多排对称金属柱组成，每个金属柱子之间的距离相等。本发明专利技术在工作频段上与同口径常规H面喇叭天线相比纵向尺寸小，具有较宽的带宽和较高的增益，实现了喇叭天线小型化。本发明专利技术通过一体化的慢波结构使电磁波在输出端口面相位分布均匀提高远场增益，该设计整体尺寸小、馈电简单、设计方便、成本低且装配简便，具有小型化、集成化的优点。

H-plane horn antenna, radar and communication system with miniaturized loaded slow wave structure

【技术实现步骤摘要】
小型化加载慢波结构的H面喇叭天线、雷达、通信系统
本专利技术属于天线
，尤其涉及一种小型化加载慢波结构的H面喇叭天线、雷达、通信系统。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：在现代通信系统及雷达系统中，天线是必不可少的器件。其中喇叭天线是最广泛使用的天线之一，它的优点是结构简单、制造方便、馈电简便及功率容量大。随着毫米波器件和系统的不断发展，人们对器件和系统的小型化尤为关注，而天线作为无线电接收和发射系统中的重要组成部分，其性能的改善和尺寸的减小有着重要意义。例如，要求喇叭天线在其远场增益不变的前提下减小尺寸。但喇叭纵向尺寸的减小会导致口面相位误差增大，使得喇叭天线远场增益减小。因此，额外的相位校正装置成为喇叭天线小型化研究的关键技术。透镜(lens)是最早也是最广泛使用的喇叭天线小型化技术。该技术通过在喇叭口面上装配介质透镜(Dielectriclens)或是近年来新兴的超材料(metamaterials)作透镜可以把从喇叭内传来的柱面波调整为平面波，使喇叭天线在缩小尺寸的同时提高增益。然而，透镜的实际装配过程会引入装配误差，对天线的辐射性能产生不可避免的影响，而且电磁波穿过介质时会在介质内部引起能量损耗。另外，超材料通常结构复杂，需要很高的加工精度，制造成本较高。并且由于超材料是在同一介质基板上刻蚀的金属化单元。毫米波频段在超材料表面激起的表面波辐射以及单元间的耦合也会对天线的辐射性能造成一定的影响。综上所述，现有技术存在的问题是：因此，需要一种新的方法可以在减小天线尺寸的同时直接利用自身结构调整相位，避免装配误差，减小能量损耗及降低制造成本。解决上述技术问题的难度：加载慢波结构是一种合适的实现喇叭天线小型化的方法。然而如果直接在喇叭内表面刻蚀同样高度的周期性结构很容易使能量储存到近场区不容易辐射且带宽变窄或者口面相位得不到调整，导致天线的增益变差。因此，解决上述技术问题的难度在于，如何调整慢波结构形状及高度使不影响喇叭天线带宽的同时提高增益。解决上述技术问题的意义：通过在喇叭宽壁内表面刻蚀周期性金属柱构成慢波结构，避开了透镜实际装配过程带来的误差问题以及电磁波穿过介质时产生的介质损耗问题。通过调整金属柱的高度使得这种结构在减小天线纵向尺寸的同时提高了天线增益，实现了天线和相位校正装置一体化，提供了一种新的无需装配的喇叭天线小型化技术。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种小型化加载慢波结构的H面喇叭天线、雷达、通信系统。与同口径的最优喇叭天线相比，本专利技术纵向尺寸缩减了33.3％。相比于介质透镜的加载方法，本专利技术利用周期性刻蚀金属柱构成慢波结构加载的方法没有介质损耗，因此天线效率更高。本专利技术是这样实现的，一种小型化加载慢波结构的H面喇叭天线，所述小型化加载慢波结构的H面喇叭天线包括一段短路的馈电波导、两端矩形开口的扁锥形喇叭结构和慢波结构；馈电波导与扁锥形喇叭结构开口较小一端尺寸一致且无缝连接，其功能为使同轴内线穿过波导宽壁的圆孔，通过波导向喇叭张开部分耦合馈电；所述慢波结构为设置在扁锥形喇叭结构宽面金属内壁上的多排沿y轴上下对称金属柱，每个金属柱之间的距离相等，其功能为使喇叭内传输的柱形波在到达口面上时调整为平面波；进一步，馈电波导靠近扁锥形喇叭结构的一侧宽面上下内壁设有沿y轴上下对称的一列两个方形金属柱，两个方形金属柱高度分别为0.4mm，1mm，其功能为改善天线的阻抗匹配；。进一步，所述慢波结构的金属柱在靠近波导与喇叭张开区域的过渡处采用一对沿y轴上下对称的等腰三角形金属柱，其功能为扩展天线的阻抗带宽进一步，所述慢波结构的多排沿y轴上下对称金属柱在靠近H面喇叭窄壁时采用等腰直角三角形金属柱，其功能为降低加工精度，减小制造成本；进一步，所述慢波结构的多排金属柱自波导到喇叭张开区域逐排个数增加2个，且单排不超过3个柱子时高度相等；单排超过3个柱子时高度由外向里逐渐减小，其功能为使喇叭内电磁波相速减小的同时避免电场能量过度向中间集中；进一步，最靠近口径的一排方形金属柱最中间的柱高度最高为3.3mm，其功能为使喇叭中央区域的电磁波相速减小，从而使电磁波到达口面时相位趋于一致；本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述小型化加载慢波结构的H面喇叭天线的雷达。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述小型化加载慢波结构的H面喇叭天线的通信系统。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述小型化加载慢波结构的H面喇叭天线的无线电接收和发射系统。本专利技术的另一目的在于提供一种集成有所述无线电接收和发射系统的高频电子线路。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术利用同轴探针从波导宽壁向喇叭馈电，在喇叭张开部分的宽壁内表面刻蚀相同周期不同高度的金属柱实现一体化的慢波结构，使电磁波在输出端口面相位分布均匀提高远场增益。本专利技术纵向尺寸28mm，相比于同口径的最优喇叭天线纵向尺寸42mm，纵向尺寸缩减了33.3％；相比于没有加慢波结构的缩小长度的喇叭天线，平均增益提高了1.8dBi。该设计整体尺寸小、馈电简单、设计方便、成本低且装配简便，实现了喇叭天线的小型化。附图说明图1是本专利技术实施例提供的小型化加载慢波结构的H面喇叭天线的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的小型化加载慢波结构的H面喇叭天线的整体结构示意图；图3是本专利技术实施例的具体实物照片；图4是本专利技术实施例提供的回波损耗曲线图；图5是本专利技术实施例提供的增益曲线图；图6是本专利技术实施例提供的E面和H面的辐射方向图；图中：1、馈电波导；2、扁锥形喇叭结构；3、喇叭宽面金属壁；4、喇叭窄面金属壁；5、方形金属柱；6、慢波结构。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种小型化加载慢波结构的H面喇叭天线、雷达、通信系统，下面结合附图对本专利技术作详细的描述。如图1和图2所示，本专利技术实施例提供的小型化加载慢波结构的H面喇叭天线包括：馈电波导1、扁锥形喇叭结构2、喇叭宽面金属壁3、喇叭窄面金属壁4、方形金属柱5、慢波结构6。一端短路的馈电波导1、两端矩形开口的扁锥形喇叭结构2和慢波结构6，其中馈电波导1与扁锥形喇叭结构2开口较小一端尺寸一致且无缝连接，馈电波导1靠近扁锥形喇叭结构2的一侧宽面上下内壁3设有沿y轴上下对称的一列两个方形金属柱5；所述慢波结构6为设置在扁锥形喇叭结构宽面金属内壁3上的多排沿y轴上下对称金属柱，每个金属柱之间的距离相等，为1.5mm。本专利技术包括的所有正方形金属柱边长均为3.5mm。本专利技术使用的馈电波导长19.8mm,宽15mm，高9.53mm。波导内的两个方形金属柱高度分别为0.4mm，1mm。扁锥形喇叭结构窄边长15mm，斜边长28mm，宽边长50mm，高9.53m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化加载慢波结构的H面喇叭天线，其特征在于，所述小型化加载慢波结构的H面喇叭天线包括一段短路的馈电波导、两端矩形开口的扁锥形喇叭结构和慢波结构；/n馈电波导与扁锥形喇叭结构开口较小一端尺寸一致且无缝连接，馈电波导靠近扁锥形喇叭结构的一侧宽面上下内壁设有上下对称的一列两个方形金属柱；/n所述慢波结构为设置在扁锥形喇叭结构宽面金属内壁上的多排上下对称金属柱，每个金属柱之间的距离相等。/n

【技术特征摘要】
1.一种小型化加载慢波结构的H面喇叭天线，其特征在于，所述小型化加载慢波结构的H面喇叭天线包括一段短路的馈电波导、两端矩形开口的扁锥形喇叭结构和慢波结构；
馈电波导与扁锥形喇叭结构开口较小一端尺寸一致且无缝连接，馈电波导靠近扁锥形喇叭结构的一侧宽面上下内壁设有上下对称的一列两个方形金属柱；
所述慢波结构为设置在扁锥形喇叭结构宽面金属内壁上的多排上下对称金属柱，每个金属柱之间的距离相等。


2.如权利要求1所述的小型化加载慢波结构的H面喇叭天线，其特征在于，波导内的两个方形金属柱高度分别为0.4mm，1mm。


3.如权利要求1所述的小型化加载慢波结构的H面喇叭天线，其特征在于，所述慢波结构的金属柱在靠近波导与喇叭张开区域的过渡处采用一对上下对称的等腰三角形金属柱。


4.如权利要求1所述的小型化加载慢波结构的H面喇叭天线，其特征在于，所述慢波结构的多排上下对称...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙冬全，邓敬亚，罗瑞清，雍婷，雒艳，郭立新，张小苗，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61