專利名稱：一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋源，既可以用 于接收也可以用于發(fā)射無線電波。主要用于緊縮場測試， 一方面可以作為緊縮場普通天線和RCS測量饋源， 一方面可以作為緊縮場靜區(qū)檢測饋源。另外，該 饋源經(jīng)過一定結(jié)構(gòu)改造也可以用作普通反射面天線饋源，電子偵察、電子干擾 以及探地雷達等超寬帶無線電設(shè)備的終端天線以及超寬帶通信的基站天線。屬 于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著美國聯(lián)邦通信委員會(FCC-Federal Communications Commission)正 式頒布頻率為3.1 GHz-10.6GHz可以像應(yīng)用在軍用雷達、探測等系統(tǒng)一樣應(yīng)用 于民用無線通信系統(tǒng)中，超寬帶無線通信技術(shù)引起了世界各國的廣泛關(guān)注，國 內(nèi)外廠商研發(fā)超寬帶通信設(shè)備的熱情不斷高漲。緊縮場作為天線測試最重要的 設(shè)施之一，需要適應(yīng)這一新出現(xiàn)的天線測試要求。傳統(tǒng)緊縮場測試饋源一般工 作于一個標準波段，不能滿足超寬帶天線的測試要求，特別是當需要測試天線 及系統(tǒng)的時域特性時，超寬帶饋源則變得必不可少。傳統(tǒng)脊波導(dǎo)喇叭具有較寬 的阻抗帶寬，客觀上具有作為緊縮場饋源的潛力，但是由于脊波導(dǎo)喇叭方向圖 隨著頻率的變化變化較大，而緊縮場對饋源的方向圖要求很高，因此無法直接 應(yīng)用，必需針對緊縮場對饋源的要求做精細設(shè)計。緊縮場對饋源的主要要求是 方向圖在E面H面對稱；在對應(yīng)靜區(qū)的照射角內(nèi)，幅度方向圖和相位方向圖都 需要非常平滑，幅度方向圖錐削小于ldB，相位方向圖一般要求小于3度；較 低的駐波比；很低的交叉極化；穩(wěn)定的相位中心；盡量寬的頻帶。1973年，JohnL.Kerr研制出了短軸長超寬帶脊喇叭，用作電磁兼容測量的 饋源。用兩個不同尺寸的脊喇叭覆蓋了 0.2-2GHz和l-12GHz兩個頻段，并在 這兩個頻段中都取得了極為理想的性能。其中l(wèi)-12GHz的喇叭軸向尺寸為 6inch， 口面尺寸為9.5f5.44inch;整個頻帶內(nèi)的增益都在5dB-13dB范圍內(nèi)，其 中低頻段稍低；交叉極化比在-40dB以下；駐波比在大部分頻帶內(nèi)小于2:1; E面方向圖保持在40°左右，H面方向圖保持在,左右。0.2-2GHz喇叭的主要尺 寸是l-12GHz天線尺寸以5:1的比例放大得到的，但兩者在激勵段脊波導(dǎo)上存 在區(qū)別，0.2GHz-2GHz喇叭的軸向尺寸為37inch， 口面尺寸為37.5*27.2inch， 重量為10kg左右。2005年，M.Botello-Perez等人在文獻中對Kerr的模型進行了更為詳細的介 紹，并進行了較為精確的計算機仿真分析。文獻中提出了一些激勵段脊波導(dǎo)的 尺寸設(shè)計公式，對脊曲線進行了有益的修改，并給出了仿真結(jié)果。同時，詳細 的分析了激勵探針的位置、探針的尺寸和它的插入深度對駐波性能的影響，并 給出了相應(yīng)的曲線。但是與大多說脊喇叭的文獻相同對脊波導(dǎo)喇叭的幅度方向 圖錐削和相位方向圖錐削沒有做嚴格的控制，不能夠用作緊縮場饋源。因此，對脊波導(dǎo)喇叭做精細設(shè)計，滿足緊縮場對饋源的要求是有實際意義的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋 源，以解決現(xiàn)有技術(shù)中緊縮場饋源頻點較窄的缺陷，滿足緊縮場對饋源的要求。本發(fā)明一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋源，根據(jù)脊波導(dǎo)喇 叭具有良好的阻抗帶寬，較好的方向圖，通過對脊波導(dǎo)喇叭的口面尺寸，軸向 長度，脊波導(dǎo)厚度，脊間距，脊曲線，脊波導(dǎo)尺寸，脊與后腔距離等關(guān)鍵尺寸 的設(shè)計，使設(shè)計后的脊波導(dǎo)喇叭達到緊縮場對饋源的嚴格要求。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋源，包括一個雙脊 喇叭天線，支撐柱，法蘭盤和覆蓋在法蘭盤上的吸波材料，所述的雙脊喇叭天 線連接在支撐柱上，支撐柱連接在法蘭盤上，吸波材料連接在法蘭盤上表面并 且包圍支撐柱的側(cè)表面，雙脊喇叭天線的口面與法蘭盤下表面平行。所述雙脊 喇叭天線包括一個有特定尺寸的喇叭壁，兩個釆用特定脊曲線的脊， 一個后壁， 一個短路板， 一個SMA標準接頭。其中，所述的喇叭壁口面長邊為60 65mm。其中，所述的喇叭壁口面長邊與短邊的比為1.3: 1 1.4: 1。其中，所述脊的脊波導(dǎo)長邊尺寸為24 25mm。其中，所述脊的脊波導(dǎo)長邊與短邊比為1.95:1 2.05:1。其中，所述脊的脊波導(dǎo)的脊寬度為4 6.5mm。 其中，所述脊的脊波導(dǎo)的兩脊間距為0.5 lmm。其中，所述的雙脊喇叭天線的脊曲線按照固定的指數(shù)曲線漸變，指數(shù)曲線 方程為_y = 0,61 * e。臘- 0扁6 * x 。其中，所述的脊距離短路板短路面的距離為2.3mm。其中，所述的脊后采用導(dǎo)電膠連接脊喇叭天線后壁，實現(xiàn)脊與后壁的良好 電接觸。其中，所述的雙脊喇叭天線主體由金屬構(gòu)成，金屬選自鋁，鐵，錫，銅， 銀，金，鉑其中的一種，或者上述金屬的合金。其中，所述的支撐柱在雙脊喇叭天線和法蘭盤間長度為62 68mm，結(jié)構(gòu)可 以為圓柱體，長方體等。其中，所述的法蘭盤可進一步連接饋源支架，可為圓柱體，長方體等，通 過調(diào)整法蘭盤上表面和下表面間的高度，使饋源相位中心與反射面焦點重合。其中，所述的覆蓋在法蘭盤上的吸波材料高度為45mm 60mm，長寬均為 400 500mm。本發(fā)明一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋源，其優(yōu)點及功效在于克服原有標準波段饋源頻帶較窄的問題，達到美國聯(lián)邦通信委員會制定 的超寬帶通信頻帶寬度，可大大提高寬帶系統(tǒng)測試效率以及可以完成時域信號 的測試；且體積小，質(zhì)量輕，低成本，性能高。


圖1所示為饋源整體結(jié)構(gòu)2所示為雙脊喇叭結(jié)構(gòu)3所示為支撐住和法蘭盤連接結(jié)構(gòu)示意4所示為饋源整體與饋源假連接結(jié)構(gòu)示意5所示為雙脊喇叭喇叭壁結(jié)構(gòu)6所示為雙脊喇叭脊波導(dǎo)截面中具體標號如下1、雙脊喇叭天線 2、支撐柱3、 法蘭盤 3a、下表面 3b、上表面4、 吸波材料 5、脊 6、后壁7、 喇叭壁8、 SMA標準接頭 10、 12、 14、螺釘7a、長邊 9、短路板 15、導(dǎo)電膠7b、短邊 9a、短路面16、脊波導(dǎo) 16c、脊寬度16a、脊波導(dǎo)長邊 17、饋源支架16b、脊波導(dǎo)短邊具體實施例下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。請參閱圖1至圖6，本發(fā)明一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場 饋源(如圖1、 2所示)，包括一個雙脊喇叭天線l，支撐柱2，法蘭盤3和覆蓋 在法蘭盤上的吸波材料4，所述的雙脊喇叭天線1通過螺釘14連接在支撐柱2 上，支撐柱2通過螺釘12連接在法蘭盤3上，吸波材料4連接在法蘭盤3上表 面并且包圍支撐柱2的側(cè)表面，雙脊喇叭天線1的口面與法蘭盤3下表面平行。 所述雙脊喇叭天線包括一個有特定尺寸的喇叭壁7，兩個采用特定脊曲線的脊 5,喇叭壁7通過螺釘10與脊5固連， 一個后壁6， 一個短路板9,一個SMA標 準接頭8。為了保證饋源在X波段的方向圖幅度錐削在緊縮場靜區(qū)對應(yīng)角度(士 10度) 內(nèi)小于ldB，選用較小的天線口面，根據(jù)經(jīng)驗公式當ldB波束寬度確定，估計3dB波束寬度為40度，確定天線的有效面積4 選在13 17cr^之間。假設(shè)采用最優(yōu)矩形喇叭設(shè)計，可以根據(jù)矩形喇叭E面，H面 3dB波束寬度經(jīng)驗公式式中&與^,分別代表E面喇叭口波長數(shù)和H面喇叭口波長數(shù)。由此兩項 可以估算出E面寬度為37mm和45mm?？紤]到采用的脊波導(dǎo)喇叭不是最優(yōu)化 矩形喇叭，口面利用率要低于最優(yōu)化矩形喇叭，因此在估算結(jié)果的基礎(chǔ)上進行4 7朋,(￡)=——適當放大。其中，喇叭壁7 口面長邊7a為60~65mm。其中，喇叭壁7 口面長 邊7a與短邊7b的比為1.3: 1-1.4: 1。根據(jù)BALANIS (巴勒尼斯)提出的磁場積分方程方法，選定脊波導(dǎo)主 模7^。單模工作頻帶范圍為2.8GHz 12GHz，確定脊波導(dǎo)16的脊波導(dǎo)長邊16a 尺寸在24 25mm，脊波導(dǎo)16的脊波導(dǎo)長邊16a與短邊16b的比在2左右，脊 波導(dǎo)16的脊寬度16c為3mm，脊間距為0.5mm。由此確定出的脊波導(dǎo)脊寬偏 小，脊間距偏窄?？紤]到從主模阻抗的角度講，增大脊寬度脊波導(dǎo)主模特性阻 抗減小，增大脊間距特性阻抗增加，同時適當增大脊的寬度和間距可以保證主 模阻抗變化不大。將脊波導(dǎo)16的脊波導(dǎo)長邊16a尺寸確定為24 25mm，脊波 導(dǎo)16的長邊16a與短邊16b的比在2左右，脊波導(dǎo)16的脊寬度16c為4 6.5mm， 脊間距為0.5 lmm。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，選擇脊波導(dǎo)脊部分寬度可 為6mm，脊脊間距為lmm。由于實際工作中緊縮場饋源與測試設(shè)備用同軸電纜連接，因此必須引入同 軸線到脊波導(dǎo)的過渡結(jié)構(gòu)，在確定脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)后，可以通過全波仿真算法優(yōu)化 脊喇叭的脊與短路板9短路面9a的距離，仿真結(jié)果證明當距離為2.3mm過渡 結(jié)構(gòu)的反射最小。脊波導(dǎo)喇叭脊曲線部分一般采用作為基本曲線，其中R主要是決定脊曲線的張開速度，R越大，張開速度越快， 相應(yīng)天線軸長越短，R越小，張開速度越慢，天線軸長越長。 一般來說R越大， 由傳輸線到自由空間波阻抗變換越快，反射越大，但是考慮到作為饋源天線需 要有穩(wěn)定的相位中心，以此不能選擇過大的天線軸長，因此R需要在反射不太 大的條件下盡可能大，本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例選定R在0.072。 a，b可由喇叭 口面尺寸和脊波導(dǎo)尺寸確定。具體為y = 0.61 *^°72^-0.0096*x在實際工程中天線加工存在一定誤差，在設(shè)計中需要給出相應(yīng)的加工容差， 由于加工誤差存在，脊5與后壁6很難保證良好的電接觸，仿真和實驗均證明， 如果脊5與后壁6沒有良好的電接觸將對脊喇叭的駐波產(chǎn)生很大影響。因此在 設(shè)計中加入導(dǎo)電膠連接脊喇叭的脊5和脊喇叭天線后壁6，實現(xiàn)脊與后壁的良 好電接觸。雙脊喇叭天線1的加工可以采用鋁，鐵，錫，銅，銀，金，鉑其中的一種，或者上述金屬的合金等導(dǎo)電良好的金屬，作為一個優(yōu)選實施例，采用硬鋁 作為加工材料。雙脊喇叭天線1為了保證高頻段方向圖幅度錐削小,整個頻段內(nèi)相位中心變 化小,最大程度的減小天線口面，縮短軸向長度。與之相對應(yīng)的是這種雙脊喇叭天 線具有較高的后瓣，饋源在緊縮場中不是懸空工作的，必然需要支撐結(jié)構(gòu)，這 些支撐結(jié)構(gòu)為了達到很高的裝配精度，往往采用金屬制造，這些支撐結(jié)構(gòu)受到 天線后瓣照射產(chǎn)生再輻射。如果不加以限制，緊縮場饋源的方向圖將是雙脊喇 叭天線輻射方向圖和支撐結(jié)構(gòu)再輻射的矢量疊加。在低頻段雙脊喇叭天線前后 比較低，方向圖受到支撐結(jié)構(gòu)的影響尤其明顯，最終得到的方向圖在幅度和相 位上均出現(xiàn)了不同程度的抖動，由于緊縮場要提供高質(zhì)量的平面波，這種抖動 將直接反映到靜區(qū)電場中，這是不允許的。饋源支架相當于一個比較大的金屬 平面，在設(shè)計初期可以等效為無限大理想金屬面，這樣雙脊喇叭天線可以用鏡 像原理等效為二元陣，利用陣列天線理論直接把陣列因子與雙脊喇叭天線方向 圖相乘，通過這種方法非常快捷的得到二元陣矢量方向圖，對二元陣間的間距 做優(yōu)化可以得到較好的陣列方向圖。通過初步計算陣，雙脊喇叭天線l與法蘭盤3之間距選在50~80mm之間比較理想，綜合考慮結(jié)構(gòu)因素和后面吸波材料4 的因素，選擇在62~68mm之間?？紤]到實際饋源支架不能完全等效為無限大 金屬平面，支架的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如果進行高精度分析，不論是理論分析還是仿 真建模都非常困難，采用吸波材料4擋住饋源支架是最理想的選擇。對于錐形 吸波材料，如果設(shè)計合理錐的高度越高，對應(yīng)低頻吸波性能越好。吸波材料錐 頂不應(yīng)超過饋源口面，對不同高度吸波材料對應(yīng)的不同吸收率，建立簡單二元 陣仿真模型，對比二元陣方向圖，確定吸波材料4高度不能低于45mm，綜合 考慮整個饋源結(jié)構(gòu)選擇吸波材料高度在45~60mm之間最理想。吸波材料面積 越大越有利于抑制后瓣激勵出的二次輻射，但考慮到饋源支架的結(jié)構(gòu)吸波材料 過大使用不方便，應(yīng)當選取的吸波材料越小越好，通過仿真計算，選擇長寬在 400 500mm最為合理。法蘭盤3用于連接饋源與饋源支架，其可以為圓柱體或 長方體等，適當調(diào)節(jié)法蘭盤上表面3b和下表面3a的高度，使雙脊喇叭天線相 位中心于反射面焦點重合。
權(quán)利要求
1、一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋源，其特征在于該緊縮場饋源包括一個雙脊喇叭天線，支撐柱，法蘭盤和覆蓋在法蘭盤上的吸波材料，所述的雙脊喇叭天線連接在支撐柱上，支撐柱連接在法蘭盤上，吸波材料連接在法蘭盤上表面并且包圍支撐柱的側(cè)表面，雙脊喇叭天線的口面與法蘭盤下表面平行；所述雙脊喇叭天線包括一個有特定尺寸的喇叭壁，兩個采用特定脊曲線的脊，一個后壁，一個短路板，一個SMA標準接頭。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋 源，其特征在于所述喇叭壁的口面長邊為60 65mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋 源，其特征在于所述喇叭壁的口面長邊與短邊的比為1.3: 1 1.4: 1。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋 源，其特征在于所述脊的脊波導(dǎo)長邊尺寸為24 25mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋 源，其特征在于所述脊的脊波導(dǎo)長邊與短邊比為i.95:l 2.05:l。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋 源，其特征在于所述脊的脊波導(dǎo)的脊寬度為4 6.5mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋 源，其特征在于所述脊的脊波導(dǎo)的兩脊間距為0.5 lmm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋 源，其特征在于所述雙脊喇叭天線的脊曲線按照固定的指數(shù)曲線漸變，指數(shù) 曲線方程為"0.61 * e。納- 0.0096 * x 。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋 源，其特征在于所述的脊距離短路板的短路面的距離為2.3mm。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場 饋源，其特征在于所述的脊后采用導(dǎo)電膠連接脊喇叭天線后壁，實現(xiàn)脊與后壁的良好電接觸。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場 饋源，其特征在于所述的雙脊喇叭天線主體由金屬構(gòu)成，金屬選自鋁，鐵， 錫，銅，銀，金，鉑其中的一種，或者上述金屬的合金。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋源，其特征在于所述的支撐柱在雙脊喇叭天線和法蘭盤間長度為62 68mm，結(jié)構(gòu)可以為圓柱體，長方體。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋源，其特征在于所述的法蘭盤可進一步連接饋源支架，可為圓柱體，長方體，通過調(diào)整法蘭盤上表面和下表面間的高度，使饋源相位中心與反射面焦點畝A 里n o
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場 饋源，其特征在于所述的覆蓋在法蘭盤上的吸波材料高度為45mm 60mm， 長寬均為400 500mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于室內(nèi)超寬帶無線通信頻段的緊縮場饋源，其特征在于該緊縮場饋源包括一個雙脊喇叭天線，支撐柱，法蘭盤和覆蓋在法蘭盤上的吸波材料，所述的雙脊喇叭天線連接在支撐柱上，支撐柱連接在法蘭盤上，吸波材料連接在法蘭盤上表面并且包圍支撐柱的側(cè)表面，雙脊喇叭天線的口面與法蘭盤下表面平行；所述雙脊喇叭天線包括一個有特定尺寸的喇叭壁，兩個采用特定脊曲線的脊，一個后壁，一個短路板，一個SMA標準接頭。本發(fā)明克服原有標準波段饋源頻帶較窄的問題，達到美國聯(lián)邦通信委員會制定的超寬帶通信頻帶寬度，可大大提高寬帶系統(tǒng)測試效率以及可以完成時域信號的測試；且體積小，質(zhì)量輕，低成本，性能高。
文檔編號H04B1/00GK101404508SQ200810224448
公開日2009年4月8日 申請日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者亮 萬, 何國瑜, 李鳳先, 王正鵬, 苗俊剛 申請人:北京航空航天大學