專利名稱：一種后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波毫米波信號處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及毫米波天線，尤其是毫米波寬帶喇叭天線。
背景技術(shù)：
隨著毫米波技術(shù)的發(fā)展，其在航空航天，氣象通訊及現(xiàn)代軍事系統(tǒng)中的作用越來越重要， 喇叭天線由于其功率容量大，頻帶寬，增益高，方向性好，在該領(lǐng)域得到充分的應(yīng)用和發(fā)展， 通常用來作為獨立的天線和饋源使用。為了擴展天線的工作頻段，需要對喇叭天線加脊。
目前廣泛使用的毫米波雙脊喇叭天線(如圖1所示)，為一種直插式雙脊喇叭天線，其同 軸饋電探針都是垂直于波導(dǎo)E面插入，探針后l/4處加短路板，形成后腔。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計 思路是把同軸線探針看成一個發(fā)射天線在波導(dǎo)中激勵起電磁場，由于波導(dǎo)的一端短路，所以 能量就只能朝一個方向傳播。通過分析探針上的電流分布，計算出其輸入阻抗，然后根據(jù)其 特性阻抗進(jìn)行匹配。為了能夠更好的匹配，探針頭部要有漸變，但是當(dāng)探針形狀不規(guī)則時， 其表面電流分布無法準(zhǔn)確求得，因此理論分析計算困難，造成無法進(jìn)行準(zhǔn)確有效的設(shè)計，使 得制造出來的同軸饋電部分性能較差，輸入駐波較大，在毫米波和寬頻段的情況下尤其如此。 另外由于其同軸接頭與波導(dǎo)成90度夾角，在有些級聯(lián)系統(tǒng)中連接不方便，還有當(dāng)傳輸功率較 大時，探針頂部容易發(fā)生擊穿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)的目的是提供一種后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線，該天線采用后饋式結(jié)構(gòu)，其同 軸線與波導(dǎo)處于同一軸線上，用模式變換和阻抗匹配的思想進(jìn)行分析設(shè)計，能夠在寬帶內(nèi)得 到滿意的特性。該天線具有寬頻帶、結(jié)構(gòu)緊湊、性能良好的特點。
本發(fā)明技術(shù)方案如下
一種后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線，如圖3所示，包括同軸線激勵部分l、脊波導(dǎo)部
分2和雙脊喇叭部分3。所述同軸線激勵部分由同軸線11、模式變換部分12和阻抗匹配部分
13順序固定連接而成；所述模式變換部分12由一段加背脊的屏蔽平板線121和一段背脊方
同軸線122連接而成；所述加背脊的屏蔽平板線121的下金屬板中間沿軸線方向開有凹槽(即
背脊)， 一端采用金屬短路板封閉；所述金屬短路板上開有一個耦合孔，耦合孔的孔徑與同軸
線11的外導(dǎo)體的內(nèi)徑相同。所述背脊方同軸線122的下金屬板中間沿軸線方向丌有凹槽(即
背脊)。所述阻抗匹配部分13為一段具有階梯形漸變脊的雙脊波導(dǎo)。所述脊波導(dǎo)部分2為一
段標(biāo)準(zhǔn)的雙脊波導(dǎo)。所述雙脊喇叭部分3的兩個脊31由脊波導(dǎo)部分2的兩個脊向外延伸至喇叭口。
所述同軸線11的外導(dǎo)體固定在屏蔽平板線121的金屬短路板上，且保證同軸線11的外
導(dǎo)體與屏蔽平板線121的金屬短路板上的耦合孔同心；同軸線11的內(nèi)導(dǎo)體與加背脊的屏蔽平
板線121的內(nèi)導(dǎo)體采用相同的材料制成相同的形狀，形成一個整體，并與背脊方同軸線122 的內(nèi)導(dǎo)體相連；屏蔽平板線121和背脊方同軸線122的屏蔽金屬板采用相同的材料制成相同 的形狀，形成一個整體；屏蔽平板線121和背脊方同軸線122的背脊相同。
上述方案中，所述雙脊喇叭部分3的兩個脊可以是呈指數(shù)曲線漸變的脊，也可以是呈多 段線性漸變的脊。為了增加加背脊的屏蔽平板線121的內(nèi)導(dǎo)體和背脊方同軸線122的內(nèi)導(dǎo)體 相連接的牢固性，可在背脊方同軸線122的內(nèi)導(dǎo)體上丌孔，將加背脊的屏蔽平板線121的內(nèi) 導(dǎo)體插入背脊方同軸線122的內(nèi)導(dǎo)體的丌孔中，并用導(dǎo)電膠粘牢。所述阻抗匹配部分13的階 梯形漸變脊由契比雪夫阻抗匹配公式計算出所需要的節(jié)數(shù)和每一節(jié)的特性阻抗，進(jìn)而確定每 一節(jié)的尺寸。
本發(fā)明所提供的后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線的工作原理如下
電磁波經(jīng)過同軸線11通過耦合孔從脊波導(dǎo)后部平行于脊波導(dǎo)傳輸方向饋入，首先進(jìn)入模 式轉(zhuǎn)換部分12。從結(jié)構(gòu)上看，模式轉(zhuǎn)換部分又分為2個不同的結(jié)構(gòu)區(qū)域，首先是一段加背脊 的屏蔽平板線121，然后緊接著的部分是一段背脊方同軸線122。這兩種結(jié)構(gòu)都是TEM波傳 輸線，能夠更好的進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，讓電磁場能量能夠更加匹配地從同軸線過渡到脊波導(dǎo)中。 同軸線中為TEM波，電場關(guān)于(D方向?qū)ΨQ，均勻分布在同軸線中，經(jīng)過加背脊的屏蔽平板 線時電場能量被集中到了內(nèi)導(dǎo)體與上下金屬板之間，而進(jìn)入背脊方同軸線后，由于下方背脊 空間較大，電磁場能量分散，所以電場能量被進(jìn)一歩集中到了內(nèi)導(dǎo)體和上板之間。這樣，主 要的電場能量就能夠從同軸線中逐漸過渡到脊波導(dǎo)部分2的兩脊之間。這兩個部分下方的丌 槽(即所加背脊)目的是降低下半部分的電容，讓電場集中于上半部分，達(dá)到電磁波平穩(wěn)過 渡的目的，同時還能起到降低對加工精度要求的作用。
阻抗匹配部分采用多節(jié)四分之一波長階梯阻抗變換，隨著脊的增高，阻抗逐漸降低。這 樣通過脊波導(dǎo)階梯變換，將標(biāo)準(zhǔn)脊波導(dǎo)變換到低阻抗的脊波導(dǎo)，與同軸線以及模式變換部分 50歐姆的特性阻抗匹配，以得到滿意的電壓駐波比。
本發(fā)明的有益效果是該天線采用后饋式結(jié)構(gòu)，電磁波從脊波導(dǎo)后部平行于脊波導(dǎo)傳輸 方向饋入，同軸線11與波導(dǎo)處于同一軸線上，可獲得較小的電壓駐波比；采用模式變換和阻 抗匹配的思想進(jìn)行分析設(shè)計，能夠在18 40GHz的寬帶范圍內(nèi)得到滿意的特性，具有寬頻帶、 結(jié)構(gòu)緊湊、性能良好的特點。


-圖1是現(xiàn)有的直插式雙脊喇叭天線剖面示意圖。
圖2是本發(fā)明提供的后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線的立體示意圖。 圖3是本發(fā)明提供的后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線的剖面示意圖。 圖4是本發(fā)明提供的后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線中加背脊的屏蔽平板線121的截面 示意圖。
圖5是本發(fā)明提供的后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線中背脊方同軸線122的截面示意圖。
具體實施例方式
一種后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線，如圖1所示，包括3個部分同軸線激勵部分l，
該部分包括同軸線11、模式轉(zhuǎn)換部分12和阻抗匹配部分13。同軸線11的同軸接頭可以是 2.4型或者2.92型同軸接頭，其內(nèi)導(dǎo)體通過耦合孔插進(jìn)背脊方同軸線122的內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)部，并 用導(dǎo)電膠粘牢。模式轉(zhuǎn)換部分12的總長度為中心頻率的四分之一波長，分為2個部分前一 段結(jié)構(gòu)為加背脊的屏蔽平板線121，后一段為背脊方同軸線122，這兩部分都是TEM波傳輸 線結(jié)構(gòu)，設(shè)計時其特性阻抗都為50Q，在模式轉(zhuǎn)換部分的下面金屬壁上開有一矩形槽，即背 脊123。階梯阻抗匹配部分13為一段具有階梯形漸變脊的雙脊波導(dǎo)，通過變換脊波導(dǎo)的脊高 得到不同的特性阻抗進(jìn)行阻抗匹配，每一段的長度均為中心頻率的四分之一波長。 脊波導(dǎo)部分2為標(biāo)準(zhǔn)180雙脊波導(dǎo)。
雙脊喇叭部分3的兩個脊31由脊波導(dǎo)部分2的兩個脊向外延伸至喇叭口 。所述雙脊喇叭 部分3的兩個脊可以是呈指數(shù)曲線漸變的脊，也可以是呈多段線性漸變的脊。
所述雙脊喇叭部分3的兩個脊若是呈指數(shù)曲線漸變的脊，可以在寬帶內(nèi)實現(xiàn)較為良好的 增益和方向性。然而在實際的工程設(shè)計過程中，指數(shù)型的曲線會給計算機仿真帶來巨大的計 算量。仿真的時間更長，優(yōu)化更難以實現(xiàn)。而且指數(shù)曲線加工難度大，難以保證精度，加工 一致性較差，成品率較低。
所述雙脊喇叭部分3的兩個脊若是呈多段線性漸變的脊，可降低加工精度要求和加工成 本，使加工更為便利， 一致性能夠保證，成品率較高。實際設(shè)計時，先按照指數(shù)曲線的形式， 作出延伸脊曲線，輻射方向上以中心頻率的每3/4波長為一段，取得與指數(shù)曲線的連接點，然 后將各個連接點用線性線段連接起來，這樣就構(gòu)成了多段線性漸變延伸脊。
本發(fā)明提供的后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線，仿真結(jié)果表明1、該天線使用頻率可達(dá) 18~40GHz，相對帶寬可達(dá)75.9%; 2、輸入端駐波較小，功率利用率較高。
權(quán)利要求
1、一種后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線，包括同軸線激勵部分(1)、脊波導(dǎo)部分(2)和雙脊喇叭部分(3)；所述同軸線激勵部分由同軸線(11)、模式變換部分(12)和阻抗匹配部分(13)順序固定連接而成；所述模式變換部分(12)由一段加背脊的屏蔽平板線(121)和一段背脊方同軸線(122)連接而成；所述加背脊的屏蔽平板線(121)的下金屬板中間沿軸線方向開有凹槽，即背脊(123)，一端采用金屬短路板封閉；所述金屬短路板上開有一個耦合孔，耦合孔的孔徑與同軸線(11)的外導(dǎo)體的內(nèi)徑相同；所述背脊方同軸線(122)的下金屬板中間沿軸線方向開有凹槽，即背脊(123)；所述阻抗匹配部分(13)為一段具有階梯形漸變脊的雙脊波導(dǎo)；所述脊波導(dǎo)部分(2)為一段標(biāo)準(zhǔn)的雙脊波導(dǎo)；所述雙脊喇叭部分(3)的兩個脊(31)由脊波導(dǎo)部分(2)的兩個脊向外延伸至喇叭口；所述同軸線(11)的外導(dǎo)體固定在屏蔽平板線(121)的金屬短路板上，且保證同軸線(11)的外導(dǎo)體與屏蔽平板線(121)的金屬短路板上的耦合孔同心；同軸線(11)的內(nèi)導(dǎo)體與加背脊的屏蔽平板線(121)的內(nèi)導(dǎo)體采用相同的材料制成相同的形狀，形成一個整體，并與背脊方同軸線(122)的內(nèi)導(dǎo)體相連；屏蔽平板線(121)和背脊方同軸線(122)的屏蔽金屬板采用相同的材料制成相同的形狀，形成一個整體；屏蔽平板線(121)和背脊方同軸線(122)的背脊相同。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線，其特征在于，所述雙脊喇叭 部分(3)的兩個脊是呈指數(shù)曲線漸變的脊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線，其特征在于，所述雙脊喇叭 部分(3)的兩個脊是呈多段線性漸變的脊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線，其特征在于，所述 背脊方同軸線(122)的內(nèi)導(dǎo)體上具有丌孔，所述加背脊的屏蔽平板線(121)的內(nèi)導(dǎo)體插入 背脊方同軸線(122)的內(nèi)導(dǎo)體的開孔中，并用導(dǎo)電膠粘牢。
全文摘要
一種后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線，屬于微波毫米波信號處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及毫米波寬帶喇叭天線。包括同軸線激勵部分、脊波導(dǎo)部分和雙脊喇叭部分；同軸線激勵部分由同軸線、模式變換部分和阻抗匹配部分順序連接而成；模式變換部分由加背脊的屏蔽平板線和背脊方同軸線連接而成；阻抗匹配部分為階梯形漸變雙脊波導(dǎo)；脊波導(dǎo)部分為標(biāo)準(zhǔn)雙脊波導(dǎo)；雙脊喇叭部分的兩個脊由脊波導(dǎo)部分的兩個脊向外延伸至喇叭口。該天線采用后饋式結(jié)構(gòu)，電磁波從脊波導(dǎo)后部平行于脊波導(dǎo)傳輸方向饋入，同軸線與波導(dǎo)處于同一軸線上，可獲得較小的電壓駐波比；通過模式變換和阻抗匹配，能夠在18～40GHz的寬帶范圍內(nèi)得到滿意的特性，具有寬頻帶、結(jié)構(gòu)緊湊、性能良好的特點。
文檔編號H01Q13/00GK101593872SQ20091005986
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月1日
發(fā)明者楊 周, 恩 李, 蘇勝皓, 郭高鳳 申請人:電子科技大學(xué)