一种高增益电磁组合振子天线制造技术

本发明专利技术公开了一种高增益电磁组合振子天线，属于电磁场与微波技术领域。包括馈电部分、外部金属壳体、双辐射结构；馈电部分为同轴线转微带功分结构的形式；外部金属壳体为长方体；双辐射结构由两个辐射体构成，每个辐射体由TEM喇叭及可调电极组成，其中各辐射体的TEM喇叭上极板形状相同，并共用一个下极板；每个辐射体的可调电极处于对应辐射体TEM喇叭上极板与外部金属壳体之间。本发明专利技术采用微带功分结构对双辐射结构进行馈电，在不改变天线外部尺寸的情况下，通过双辐射结构显著提高了天线增益，解决了电磁组合天线增益低、时域辐射效率不足的技术问题，为超宽谱电磁脉冲辐射提供了一种同时兼顾较大功率容量和较高时域辐射效率的天线形式。率的天线形式。率的天线形式。

【技术实现步骤摘要】
一种高增益电磁组合振子天线


[0001]本专利技术属于电磁场与微波
，具体涉及一种高增益电磁组合振子天线。

技术介绍

[0002]超宽谱电磁脉冲主要是指前沿时间和脉冲宽度为ns或亚ns量级、频谱覆盖范围为数十MHz至数GHz的无载频时域电磁波，广泛应用于目标识别与探测、生物医学以及电磁兼容性测试等领域。
[0003]超宽谱辐射天线是产生超宽谱电磁脉冲的关键部件之一。典型的可用于辐射超宽谱电磁脉冲的天线有Vivaldi天线、TEM喇叭天线以及电磁组合振子天线等。Vivaldi天线是平面端射天线，其结构简单、质量轻便、易于加工集成，但功率容量受限，并且低频辐射性能较差。TEM喇叭天线和电磁组合振子天线均属于口径天线，电磁组合振子天线是在TEM喇叭天线的基础上通过引入等效磁环来最小化电抗能量从而改善阻抗匹配，获得良好的低频辐射性能。口径天线功率容量较高，可以承受更大幅值的电压脉冲激励，但对于部分激励脉冲而言，如波形前后沿不对称性过大时，时域辐射效率较低。时域辐射效率表现在频域上主要与天线的反射系数、增益等有关，在反射系数相当的情况下，提高天线通频带内的增益可有效提升其辐射因子，进而增强时域辐射效率。如何同时兼顾较高功率容量与较大辐射效率是超宽谱辐射天线研究和设计所面临的技术难题之一。特别的，在采用阵列天线空间功率合成的方式产生超宽谱电磁脉冲时，提高阵元天线辐射因子或辐射效率可以进一步增大阵列天线辐射场强，同时还可减少阵元数目，进而降低成本、缩减阵列天线时间延迟调节工作量等。
[0004]综上可知，有必要对电磁组合振子天线展开深入分析研究，为超宽谱电磁脉冲的辐射提供一种同时兼顾较高功率容量和较大时域辐射效率的天线形式和技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种高增益电磁组合振子天线，通过改进天线几何结构，解决电磁组合天线增益低、时域辐射效率不足的技术问题，为超宽谱电磁脉冲辐射提供一个同时兼顾较大功率容量和较高辐射效率的天线形式。
[0006]为达到上述技术目的，解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0007]一种高增益电磁组合振子天线，包括馈电部分、外部金属壳体以及双辐射结构。
[0008]馈电部分为50欧姆同轴线转微带功分结构的形式，同轴线外导体与外部金属壳体连接，内导体与微带功分结构的导带连接。微带功分结构为50欧姆微带线转两个100欧姆并联微带线的形式，微带功分结构的接地板与外部金属壳体连接；导带部分的宽度可根据微带线特性阻抗计算公式由填充介质电参数及其厚度计算得到。
[0009]外部金属壳体占据一个长方体区域，包括顶部金属壳体、底部金属壳体以及馈电端金属壳体，三个部分均为长方形，并且焊接成一体，以保证机械强度。
[0010]双辐射结构由两个辐射体构成。每个辐射体由TEM喇叭及可调电极组成，其中各辐
射体的TEM喇叭上极板形状相同，且关于馈电部分中同轴线的轴线、微带功分结构接地板的法线所确定的平面呈对称形式；各辐射体的TEM喇叭共用一个横向宽度恒定的下极板，其宽度与外部金属壳体所占据长方体区域的宽度相同。各TEM喇叭的上、下极板之间的距离沿天线辐射方向是渐变增大的，渐变方式相同，上极板的横向宽度沿天线辐射方向同样是渐变增大的。上、下极板末端分别与顶部金属壳体、底部金属壳体连接，形成矩形辐射口径。每个辐射体的可调电极处于对应辐射体TEM喇叭上极板与顶部金属壳体、馈电端金属壳体之间，可调电极的横向宽度、与下极板之间的距离沿天线辐射方向均是渐变增大的；可调电极起始端均与对应辐射体TEM喇叭上极板连接，末端与顶部金属壳体连接并和馈电端金属壳体上半部分共同构成电流环，以增强低频辐射能力。双辐射结构中的两个辐射体分别由馈电部分中微带功分结构的两个100欧姆微带线馈电，即两个100欧姆微带线导带分别与各辐射体TEM喇叭上极板连接，接地板与下极板连接。
[0011]进一步的，馈电部分中的同轴线外导体、微带功分结构接地板均与外部金属壳体中的馈电端金属壳体垂直连接，并且同轴线与微带功分结构分别处于馈电端金属壳体两侧；微带功分结构接地板的宽度与外部金属壳体所占据长方体区域的宽度一致。
[0012]进一步的，馈电部分中微带功分结构的填充介质可为空气。
[0013]进一步的，双辐射结构中各辐射体TEM喇叭上极板末端宽度不小于100欧姆微带线导带宽度，并且各辐射体的TEM喇叭上极板末端可重叠，但不可超出外部金属壳体所占据的长方体区域。
[0014]进一步的，双辐射结构中各辐射体的各类渐变形式可为线性渐变、指数渐变，即双辐射结构中各辐射体TEM喇叭上极板的宽度、上下极板之间的距离以及可调电极的宽度、可调电极与下极板之间的距离沿辐射方向上的渐变形式可为线性渐变、指数渐变等。
[0015]进一步的，双辐射结构中各辐射体的可调电极末端横向宽度不小于100欧姆微带线导带宽度，各个辐射体的可调电极起始端沿天线辐射方向的坐标可设置为不同，末端与顶部金属壳体连接位置沿天线辐射方向的坐标也可设置为不同。当各可调电极末端沿天线辐射方向的坐标相同时，二者可重叠。可调电极在不超出外部金属壳体所占据长方体区域的前提下，末端宽度可大于各辐射体TEM喇叭上极板的末端宽度。
[0016]进一步的，双辐射结构中各辐射体可调电极与外部金属壳体构成的电流环的面积应小于对应辐射体TEM喇叭上极板与外部金属壳体构成的环形结构面积。
[0017]进一步的，馈电部分的微带功分结构中两个100欧姆微带线导带之间的横向距离可根据双辐射结构各TEM喇叭上极板末端宽度和位置通过数值模拟优化等进行合理选取；其他相关参数例如微带功分结构各微带线导带的长度、可调电极的起始端位置和末端位置等均可根据实际设计需求由数值模拟优化获得。
[0018]本专利技术的有效收益如下：
[0019]1、本专利技术提供了一种高增益电磁组合振子天线，引入了两个辐射体进行辐射，并且各辐射体中的可调电极起始端、末端位置可不同，在显著提升增益的同时增加了该类天线的设计自由度。
[0020]2、本专利技术所提供的高增益电磁组合振子天线用于超宽谱电磁脉冲辐射时，可在口径面积不变的情况下，通过高增益可获得较高的时域辐射效率，同时该天线具有较大的功率容量，实现了同时兼顾功率容量和时域辐射效率的目标。
[0021]3、本专利技术所提供的高增益电磁组合阵子天线作为阵元用于超宽谱电磁脉冲阵列天线组阵时，可由更少的单元数实现预定的辐射场强指标，对于降低成本和缩减阵列时延调节工作量意义重大。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提供的一种高增益电磁组合振子天线的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术提供的一种高增益电磁组合振子天线馈电部分示意图；
[0024]图3为本专利技术提供的一种高增益电磁组合振子天线外部金属壳体示意图；
[0025]图4为本专利技术提供的一种高增益电磁组合振子天线双辐射结构示意图；
[0026]图5为本专利技术提供的一种高增益电磁组合振子天线侧视本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高增益电磁组合振子天线，其特征在于：包括馈电部分、外部金属壳体以及双辐射结构；馈电部分为50欧姆同轴线转微带功分结构的形式，同轴线的外导体与外部金属壳体连接，同轴线的内导体与微带功分结构的导带连接；微带功分结构为50欧姆微带线转两个100欧姆并联微带线的形式，微带功分结构的接地板与外部金属壳体连接；导带部分的宽度根据微带线特性阻抗计算公式由填充介质电参数及其厚度计算得到。外部金属壳体为长方体，包括顶部金属壳体、底部金属壳体以及馈电端金属壳体，三个部分均为长方形，并且焊接成一体用以保证机械强度；双辐射结构由两个辐射体构成，每个辐射体由TEM喇叭及可调电极组成；其中各辐射体的TEM喇叭上极板形状相同，且关于馈电部分中同轴线的轴线、微带功分结构接地板的法线所确定的平面呈对称形式；各辐射体的TEM喇叭共用一个横向宽度恒定的下极板，其宽度与外部金属壳体长方体的宽度相同；各TEM喇叭的上极板和下极板之间的距离沿天线辐射方向是渐变增大的，渐变方式相同，上极板的横向宽度沿天线辐射方向同样是渐变增大的；TEM喇叭的上极板和下极板末端分别与顶部金属壳体和底部金属壳体连接，形成矩形辐射口径；每个辐射体的可调电极处于对应辐射体TEM喇叭上极板与顶部金属壳体、馈电端金属壳体之间，可调电极的横向宽度、与下极板之间的距离沿天线辐射方向均是渐变增大的；可调电极起始端均与对应辐射体TEM喇叭上极板连接，末端与顶部金属壳体连接并和馈电端金属壳体上半部分共同构成电流环，用以增强低频辐射能力；双辐射结构中的两个辐射体分别由馈电部分中微带功分结构的两个100欧姆微带线馈电，即两个100欧姆微带线导带分别与各辐射体TEM喇叭上极板连接，接地板与下极板连接，且双辐射结构中各辐射体可调电极与外部金属壳体构成的电流环的面积应小于对应辐射体TEM喇叭上极板与外部金属壳体构成的环形结构面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬文，刘启龙，蔡浩，朱美琪，燕有杰，蒋廷勇，张凯悦，曹成云，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三六六零部队，
类型：发明
国别省市：