基于反向四脊结构的低散射宽带双极化探头天线制造技术

本申请公开了一种基于反向四脊结构的低散射宽带双极化探头天线，包括圆开口波导、轴向波纹、反向四脊结构、底部支撑块和馈电同轴线。所述圆开口波导的第一端封闭，第二端具有开口。所述轴向波纹的两端都具有开口。所述反向四脊结构呈十字结构；每个脊板的外侧包括曲线变化段和阻抗调节段；曲线变化段的外脊线为三阶贝塞尔函数；阻抗调节段的外脊线为直线。所述底部支撑块由四个梯形块组成十字结构，反向四脊结构通过底部支撑块与圆开口波导相接。所述馈电同轴线通过圆开口波导侧壁上的通孔与反向四脊结构进行电学连接。本申请提升了圆开口波导天线的带宽，同时具有高交叉极化辨识度和高端口隔离度、带内平缓的增益变化、低散射效应。

Low scattering broadband dual polarization probe antenna based on four ridge structure

【技术实现步骤摘要】
基于反向四脊结构的低散射宽带双极化探头天线
本申请涉及一种微波暗室（microwaveanechoicchamber）测量领域中的探头天线（probeantenna），特别是涉及一种用于天线平面近场测量的探头天线。
技术介绍
天线测量技术分为远场（farfield）测量、近场（nearfield）测量和紧缩场（compactantennatestrange）测量。其中，近场测量是用一个特性已知的探头，测出待测天线在近场上的辐射数据，再通过近远场变换获得待测天线的远场辐射特性。因其占地空间小、测试精度高、成本低而受到广泛关注。开口波导天线（waveguideantenna）因其辐射方向图主瓣宽且结构规则、易于加工，常用作探头天线。天线平面近场测量常用的矩形开口波导天线，其具有辐射方向图主瓣宽且结构简单、交叉极化辨识度高的优点；不足之处则是带宽过窄导致测量宽带天线时频繁更换探头，单极化特性不利于测量双极化天线，带内增益起伏过高影响测量精度。圆形开口波导天线横截面为圆形，支持双极化输出。探头相对方向图、探头极化比率、探头与待测天线的多次反射、探头位置误差等因素与最终的天线测量质量密切相关。测量双极化天线时，相比单极化探头，双极化的探头可以避免旋转操作，消除了为满足不同极化要求移动或改变天线位置所带来的误差。影响双极化探头的主要因素包括工作带宽、交叉极化辨识度、端口隔离度、辐射方向图的半空间全向性等。2017年10月在2017AntennaMeasurementTechniquesAssociationSymposium(AMTA)会议上由A.Giacomini等人发表的《HighPerformanceDualPolarizedNear-FieldProbeatV-BandProvidesIncreasedPerformancesforMillimeterWaveSphericalNear-FieldMeasurements》文章中，公开一种用于近场测量的高性能双极化探头天线，探头采用多层波纹孔径的开口圆波导形式，通过正交模耦合器实现双极化输出，可以工作于50至75GHz。其带宽与标准圆波导相同，带内驻波比小于2，交叉极化辨识度和端口隔离度都大于40dB。作为双极化探头，其具有较高的交叉极化辨识度和端口隔离度，但是其口径尺寸与标准圆波导相近，带宽过窄，带内驻波比最大值偏高，容易在测量中引入更多误差。因此在带宽、带内匹配及口径尺寸等方面还存在提高空间。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是克服上述现有技术中的不足，提供一种基于反向四脊结构的低散射宽带双极化探头天线，旨在提升带宽，保证高隔离度和高交叉极化辨识度的同时，提升天线的带内增益稳定性和更低的散射。为解决上述技术问题，本申请提出的基于反向四脊结构的低散射宽带双极化探头天线包括圆开口波导、轴向波纹、反向四脊结构、底部支撑块和馈电同轴线。所述圆开口波导整体呈圆柱状，其第一端封闭，第二端具有开口；圆开口波导的侧壁靠近第一端的位置呈中心对称地开设有四个通孔。所述轴向波纹整体呈圆筒状，其第一端具有圆形的第一开口，其第二端具有圆形的第二开口，且第一开口的直径小于第二开口的直径；轴向波纹第一端的第一开口与圆开口波导的外壁相连。所述反向四脊结构包括四个脊板，相对的两个脊板在一个平面上；相邻脊板之间为垂直关系，整个反向四脊结构呈十字结构；每个脊板的外侧包括曲线变化段和阻抗调节段；曲线变化段的外脊线为三阶贝塞尔函数；阻抗调节段的外脊线为直线。所述底部支撑块由四个梯形块组成十字结构，反向四脊结构通过底部支撑块与圆开口波导第一端相接。所述馈电同轴线有四根，两根为一组，同组馈电同轴线的输入相位相差180°；馈电同轴线通过圆开口波导侧壁上的通孔与反向四脊结构进行电学连接。上述探头天线在圆开口波导天线的基础上集成了反向四脊结构、轴向波纹和差分馈电，提升了圆开口波导天线的带宽，同时具有高交叉极化辨识度和高端口隔离度、带内平缓的增益变化，其渐变的反向四脊结构外脊线和小口径尺寸实现了更低的散射效应。其中，反向四脊结构可以降低波导的主模截止频率，因此相同尺寸下的脊波导的工作带宽更长。反向四脊结构的阻抗调节段与曲线变化段的组合可以实现更好的匹配效果。脊波导天线的等效阻抗更低，更易与阻抗较低的同轴线匹配连接。阻抗变换段即直脊段是为了实现同轴线与曲线变化段更好的过渡，曲线变化段采用三阶贝塞尔函数，脊曲线由两点分割成三段可调节的曲线，其优势相比传统渐变曲线可针对性地调整单一段曲线弧度，重点在距波导口最近的顶端弧线越平滑，口面处的反射越小，其阻抗匹配效果越好。应用差分馈电，四个脊板对应四个馈电点，一对馈电同轴线上的电流等幅反相，它们的辐射泄露和耦合相互抵消，抑制了高次模的产生，从而提高了交叉极化辨识度和端口隔离度。轴向波纹结构增大了低频的有效辐射口面，提高了低频的辐射增益。天线的电尺寸指探头天线的辐射口面处的最大外直径与最低频率对应截止波长的比值，上述探头天线为小口径尺寸即指小的口径电尺寸。对于探头天线来说，口径尺寸越小，工作时与待测天线之间辐射的相互耦合越小。同时渐变的脊结构外脊线相对光滑，能减少口面处对入射波的反射，实现低散射。进一步地，轴向波纹与圆开口波导的连接位置到圆开口波导第一端的距离大于该连接位置到圆开口波导第二端的距离；该连接位置到轴向波纹第二端的距离小于该连接位置到圆开口波导第二端的距离。前者表明轴向波纹装配到圆开口波导之后，距离圆开口波导的第一端较远，而距离圆开口波导的第二端较近。后者表明轴向波纹装配到圆开口波导之后，轴向波纹的第二端不会凸出在圆开口波导的第二端之外，这是为了控制轴向波纹带来的低频增益提高效果，将增益提高在所需指标处。进一步地，每个脊板的厚度由外到内递减。每个脊板的最外侧厚度最大，最内侧厚度最小。这能够提高天线的带内匹配效果。进一步地，曲线变化段的外脊线在yoz面的函数表达式如下。。。其中，参数t的取值范围是0<t<1；曲线变化段的外脊线起点为A点，坐标为（z1，y1）；外脊线终点为D点，坐标为（z4，y4）；在外脊线上任取两点B和C，B点坐标为（z2，y2），C点坐标为（z3，y3），通过调节B点和C点的位置参数来调节外脊线曲线的弧度。这表明曲线变化段的外脊线可在一定范围内调节，有利于提供更为宽广的应用前景。进一步地，通过调整曲线变化段的外脊线弧度和阻抗调节段的长度来优化阻抗匹配。通过调节B点和C点的位置参数来调节外脊线曲线的弧度，距波导口面最近的CD段的弧线越平滑，口面处的反射越小，匹配效果也更好，改变脊板与开口波导外壁的间距，以及阻抗调节段的长度，从而调节脊波导的特性阻抗使其更接近50欧姆的同轴输入阻抗。进一步地，每个梯形块的最外侧厚度大于最内侧厚度。这是为保证梯形块与所连接脊板的宽度及渐变幅度保持一致，避免因不规则的结构引起腔体内的反射产生不良影响。进一步地，其特征是，反向四脊结构的中心与底部支撑块的中心对齐，底部支撑块的每个梯形块的厚度与其所连接的反向四脊结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反向四脊结构的低散射宽带双极化探头天线，其特征是，包括圆开口波导、轴向波纹、反向四脊结构、底部支撑块和馈电同轴线；/n所述圆开口波导整体呈圆柱状，其第一端封闭，第二端具有开口；圆开口波导的侧壁靠近第一端的位置呈中心对称地开设有四个通孔；/n所述轴向波纹整体呈圆筒状，其第一端具有圆形的第一开口，其第二端具有圆形的第二开口，且第一开口的直径小于第二开口的直径；轴向波纹第一端的第一开口与圆开口波导的外壁相连；/n所述反向四脊结构包括四个脊板，相对的两个脊板在一个平面上；相邻脊板之间为垂直关系，整个反向四脊结构呈十字结构；每个脊板的外侧包括曲线变化段和阻抗调节段；曲线变化段的外脊线为三阶贝塞尔函数；阻抗调节段的外脊线为直线；/n所述底部支撑块由四个梯形块组成十字结构，反向四脊结构通过底部支撑块与圆开口波导第一端相接；/n所述馈电同轴线有四根，两根为一组，同组馈电同轴线的输入相位相差180°；馈电同轴线通过圆开口波导侧壁上的通孔与反向四脊结构进行电学连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于反向四脊结构的低散射宽带双极化探头天线，其特征是，包括圆开口波导、轴向波纹、反向四脊结构、底部支撑块和馈电同轴线；
所述圆开口波导整体呈圆柱状，其第一端封闭，第二端具有开口；圆开口波导的侧壁靠近第一端的位置呈中心对称地开设有四个通孔；
所述轴向波纹整体呈圆筒状，其第一端具有圆形的第一开口，其第二端具有圆形的第二开口，且第一开口的直径小于第二开口的直径；轴向波纹第一端的第一开口与圆开口波导的外壁相连；
所述反向四脊结构包括四个脊板，相对的两个脊板在一个平面上；相邻脊板之间为垂直关系，整个反向四脊结构呈十字结构；每个脊板的外侧包括曲线变化段和阻抗调节段；曲线变化段的外脊线为三阶贝塞尔函数；阻抗调节段的外脊线为直线；
所述底部支撑块由四个梯形块组成十字结构，反向四脊结构通过底部支撑块与圆开口波导第一端相接；
所述馈电同轴线有四根，两根为一组，同组馈电同轴线的输入相位相差180°；馈电同轴线通过圆开口波导侧壁上的通孔与反向四脊结构进行电学连接。


2.根据权利要求1所述的基于反向四脊结构的低散射宽带双极化探头天线，其特征是，轴向波纹与圆开口波导的连接位置到圆开口波导第一端的距离大于该连接位置到圆开口波导第二端的距离；该连接位置到轴向波纹第二端的距离小于该连接位置到圆开口波导第二端的距离。


3.根据权利要求1所述的基于反向四脊结构的低散射宽带双极化探头天线，其特征是，每个脊板的厚度由外到内递减。


4.根据权利要求1所述的基于反向四脊结构的低散射宽带双极化探头天线，其特征是，...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛小莲，洪涛，周建华，周恬，
申请(专利权)人：上海霍莱沃电子系统技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31