基于阶梯式四脊的宽带喇叭天线制造技术

本申请公开了一种基于阶梯式四脊的宽带喇叭天线，包括圆锥喇叭、阶梯式四脊、底部支撑块和馈电同轴线。圆锥喇叭包括直波导段和喇叭段。喇叭段的截面积较大的一端为圆形与两个相互正交的圆柱体相交所得的四段椭圆弧段相连；喇叭段的侧壁上开有四个依次间隔90°的通孔一。阶梯式四脊为四个脊板相互正交构成的一个十字结构；每个脊板包括多段高度相同、宽度依次递减的金属板依次相连呈阶梯状，并开有通孔二，还包括一段外脊线呈曲线的金属板。底部支撑块为四个矩形块相互正交组成十字结构。馈电同轴线有四根，穿过圆锥喇叭上的四个依次间隔90°的通孔三，用于电性连接阶梯式四脊的四个脊板。本申请实现了超宽带、高端口隔离度和高交叉极化隔离度。

【技术实现步骤摘要】
基于阶梯式四脊的宽带喇叭天线
本申请涉及一种宽带喇叭天线，可作为探头天线用于近场天线测量。
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（probe，也称探头天线，probeantenna）测量出被测天线在近场辐射的幅度与相位，再通过近远场变换得到被测天线的远场辐射特性。这种方法克服了场地大小的限制，同时提高了测量的精度，因而受到了广泛的关注。喇叭天线（hornantenna）因其结构简单、易于加工且增益高、辐射方向图对称性好，常用作探头天线。近场天线测量中常用的角锥喇叭天线，其具有结构简单、增益较高、辐射方向图对称的优点；不足之处则是带宽不够宽导致测量宽带天线时需要频繁地更换探头，且单一极化特性不利于双极化天线的测量。探头相对方向图、探头极化比率、探头与被测天线间的耦合、探头位置误差等因素与最终天线的测量质量密切相关。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位置所带来的误差，可以极大地提高测量效率。影响双极化探头的主要因素包括工作带宽、交叉极化隔离度、端口隔离度等。2018年5月6日在2018年全国微波毫米波会议上由瑜明和周永刚发表的《8mm双线极化四脊棱锥喇叭天线设计》会议论文中，公开一种双线极化的喇叭天线，喇叭采用指数形式脊曲线的四脊结构，通过两根同轴线分别馈电实现双极化输出，可以工作于34GHz至36GHz，带宽与普通圆锥喇叭相近，双端口带内驻波比小于1.5，端口隔离度大于20dB。作为双极化喇叭天线，其带内驻波比较小，但是带宽较窄，端口隔离度较差，容易在测量中引入更多误差。因此在工作带宽和端口隔离度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，提出一种基于阶梯式四脊的超宽带双极化喇叭天线，使用阶梯式过渡的四脊结构实现更好的阻抗匹配效果，极大地增大了喇叭天线的带宽，并在此基础上使用差分馈电实现双极化特性且具有较高的端口隔离度和较高的交叉极化隔离度，在近场测量中作为双极化探头天线使用能够提高天线的近场测量效率。其中，圆锥喇叭天线的横截面为圆形，支持双极化输出。为解决上述技术问题，本申请提出的基于阶梯式四脊的宽带喇叭天线包括圆锥喇叭、阶梯式四脊、底部支撑块和馈电同轴线。所述圆锥喇叭包括直波导段和喇叭段，直波导段呈圆柱状，一端封闭，另一端开口；喇叭段大致呈圆台状，两端均开口，截面积较小的一端的口面形状为圆形与直波导段的开口端连接，截面积较大的一端的口面形状为圆形与两个相互正交的圆柱体相交所得的四段椭圆弧段相连；喇叭段靠近截面积较大的一端的侧壁上开有四个依次间隔90°的通孔一。所述阶梯式四脊结构包括四个脊板，相对的两个脊板在同一个平面上，相邻的脊板之间为垂直关系，整个阶梯式四脊呈十字结构；每个脊板包括多段高度相同、宽度依次递减的金属板依次相连呈阶梯状，还包括一段外脊线呈曲线的金属板与所述阶梯状的多段金属板中宽度最小的金属板相连。所述每个脊板的阶梯状的多段金属板中宽度最小的金属板上开有通孔二。所述底部支撑块为四个相同的矩形块，相互正交组成十字结构，阶梯式四脊通过底部支撑块与所述圆锥喇叭直波导段的封闭端连接。所述馈电同轴线有四根，穿过圆锥喇叭上的四个依次间隔90°的通孔三，用于电性连接阶梯式四脊的四个脊板；相对的两根馈电同轴线为一组，同组馈电同轴线的输入幅度相等、相位相差180°。上述宽带喇叭天线在圆锥喇叭天线的基础上集成了阶梯式四脊和差分馈电结构，增大了圆锥喇叭天线的带宽，同时具有双极化特性、高交叉极化隔离度和高端口隔离度。其中，对喇叭段截面积较大的一端的口面形状进行改变并在侧壁上开有通孔一可以改变喇叭天线口面附近的场分布，减小口面边缘绕射对辐射特性的影响，以实现主要辐射方向增益的增大和天线定向性的提高。阶梯式四脊可以降低喇叭的主模截止频率，因此相同尺寸下加脊喇叭的工作带宽更宽。阶梯式四脊的阶梯变化段与曲线变化段的组合可以更好地实现阻抗匹配效果，使加脊喇叭天线更容易与阻抗较低的同轴线匹配连接。阶梯变化段包括多段金属板形成的阶梯结构，是为更好地实现由同轴线的特性阻抗到自由空间波阻抗的匹配。曲线变化段的外脊线采用光滑曲线，能够减少口径面对入射波的反射，实现好的阻抗匹配效果。在每个脊板阶梯状的金属板上开设通孔二，通过调节脊板上的电流分布，可以减小反射以改善天线的驻波比。应用差分馈电，四个脊板对应四个馈电点，相对的一组馈电同轴线上的电流等幅反相，其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隔离度和端口隔离度。进一步地，所述直波导段的侧壁靠近开口端的位置呈中心对称地开设有四个通孔三，或者所述直波导段的封闭端底面上呈中心对称地开设有四个通孔三，用于四根馈电同轴线穿过。这是通孔位置的示例性说明。进一步地，所述外脊线呈曲线的金属板的外脊线为三次贝塞尔曲线形状。这使得脊板的曲线变化段与阶梯变化段中宽度最小的一段的外侧脊线相切并连接，能减小传输电磁波的反射，实现较好的阻抗匹配效果。进一步地，所述阶梯状的多段金属板中宽度最大的金属板在喇叭段的截面积较小的一端，所述阶梯状的多段金属板中宽度最小的金属板和外脊线呈曲线的金属板突出在喇叭段的截面积较大的一端之外。因此能够通过调节阶梯变化段各部分的宽度来调节改善阻抗的过渡效果。进一步地，所述阶梯式四脊的各部分与圆锥喇叭的侧壁均不接触。本申请是反向固定四脊结构，从喇叭中加载脊结构的形式以及传输电磁波模式的不同，与传统的从喇叭的内壁向内突出四脊结构的四脊天线具有明显的区别。进一步地，每个脊板的厚度由外到内呈三次贝塞尔曲线形式减小。这表明每个脊板的最外侧厚度最大，最内侧厚度最小，能够提高加脊喇叭天线的带内匹配效果。进一步地，所述底部支撑块的宽度小于所述阶梯状的多段金属板中宽度最大的金属板的宽度，四个底部支撑块构成的十字结构中心与阶梯型四脊的十字结构中心对齐。这是为保证结构对称，避免因不规则的结构产生不良影响。进一步地，所述底部支撑块与圆锥喇叭直波导段的侧壁和封闭端的底板形成背腔。背腔结构可以有效减少后向辐射对前向辐射的干扰，有利于改善高频的驻波比。进一步地，所述馈电同轴线为四根特性阻抗为50Ω的同轴线，分别电性连接四个脊板的所述阶梯状的多段金属板中宽度最大的金属板的下部侧面。这是馈电连接方式的一种示例。进一步地，所述馈电同轴线的外部屏蔽层与圆锥喇叭的侧壁或底面相接，内芯穿过圆锥喇叭上的通孔三。馈电同轴线的外部屏蔽层用于接地，内芯接每个脊板阶梯状的多段金属板中宽度最大的金属板进行馈电。本申请取得的技术效果体现在如下几个方面。第一，在圆锥喇叭天线内反向固定四脊结构，四脊结构的外脊线采用阶梯形式从输入端到输出端过渡，通过调整阶梯变化段的阶梯尺寸和曲线变化段的外脊线参数以改变四脊喇叭天线的特性阻抗，实现喇叭天线与馈电同轴线输入端口的阻抗匹配。同时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阶梯式四脊的宽带喇叭天线，其特征是，包括圆锥喇叭、阶梯式四脊、底部支撑块和馈电同轴线；/n所述圆锥喇叭包括直波导段和喇叭段，直波导段呈圆柱状，一端封闭，另一端开口；喇叭段大致呈圆台状，两端均开口，截面积较小的一端为圆形与直波导段的开口端连接，截面积较大的一端为圆形与两个相互正交的圆柱体相交所得的四段椭圆弧段相连；喇叭段靠近截面积较大的一端的侧壁上开有四个依次间隔90°的通孔一；/n所述阶梯式四脊包括四个脊板，相对的两个脊板在同一个平面上，相邻的脊板之间为垂直关系，整个阶梯式四脊呈十字结构；每个脊板包括多段高度相同、宽度依次递减的金属板依次相连呈阶梯状，还包括一段外脊线呈曲线的金属板与所述阶梯状的多段金属板中宽度最小的金属板相连；所述阶梯状的多段金属板中宽度最小的金属板上开有通孔二；/n所述底部支撑块为四个矩形块，相互正交组成十字结构，阶梯式四脊通过底部支撑块与所述圆锥喇叭直波导段的封闭端连接；/n所述馈电同轴线有四根，穿过圆锥喇叭上的四个依次间隔90°的通孔三，用于电性连接阶梯式四脊的四个脊板；相对的两根馈电同轴线为一组，同组馈电同轴线的输入幅度相等、相位相差180°。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于阶梯式四脊的宽带喇叭天线，其特征是，包括圆锥喇叭、阶梯式四脊、底部支撑块和馈电同轴线；
所述圆锥喇叭包括直波导段和喇叭段，直波导段呈圆柱状，一端封闭，另一端开口；喇叭段大致呈圆台状，两端均开口，截面积较小的一端为圆形与直波导段的开口端连接，截面积较大的一端为圆形与两个相互正交的圆柱体相交所得的四段椭圆弧段相连；喇叭段靠近截面积较大的一端的侧壁上开有四个依次间隔90°的通孔一；
所述阶梯式四脊包括四个脊板，相对的两个脊板在同一个平面上，相邻的脊板之间为垂直关系，整个阶梯式四脊呈十字结构；每个脊板包括多段高度相同、宽度依次递减的金属板依次相连呈阶梯状，还包括一段外脊线呈曲线的金属板与所述阶梯状的多段金属板中宽度最小的金属板相连；所述阶梯状的多段金属板中宽度最小的金属板上开有通孔二；
所述底部支撑块为四个矩形块，相互正交组成十字结构，阶梯式四脊通过底部支撑块与所述圆锥喇叭直波导段的封闭端连接；
所述馈电同轴线有四根，穿过圆锥喇叭上的四个依次间隔90°的通孔三，用于电性连接阶梯式四脊的四个脊板；相对的两根馈电同轴线为一组，同组馈电同轴线的输入幅度相等、相位相差180°。


2.根据权利要求1所述的基于阶梯式四脊的宽带喇叭天线，其特征是，所述直波导段的侧壁靠近开口端的位置呈中心对称地开设有四个通孔三，或者所述直波导段的封闭端底面上呈中心对称地开设有四个通孔三，用于四根馈电同轴线穿过。


3.根据权利要求1所述的基于阶梯式四脊的宽带喇叭天线，其特征是，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建华，洪涛，毛小莲，支源，姜文，葛鲁宁，李吉龙，张捷俊，
申请(专利权)人：上海莱天通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31