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
技術領域：
本實用新型屬于微波毫米波信號處理技術領域，涉及毫米波天線，尤其是毫米波
寬帶喇叭天線。
背景技術：
隨著毫米波技術的發展，其在航空航天，氣象通訊及現代軍事系統中的作用越來 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，在該領域得到充分的應用 和發展，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E面插入，探針后入/4處加短路板，形成后腔。這種結 構的設計思路是把同軸線探針看成一個發射天線在波導中激勵起電磁場，由于波導的一端 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， 然后根據其特性阻抗進行匹配。為了能夠更好的匹配，探針頭部要有漸變，但是當探針形狀 不規則時，其表面電流分布無法準確求得，因此理論分析計算困難，造成無法進行準確有效 的設計，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成90度夾角，在有些級聯系統中連接不方便，還 有當傳輸功率較大時，探針頂部容易發生擊穿。
發明內容本發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 構，其同軸線與波導處于同一軸線上，用模式變換和阻抗匹配的思想進行分析設計，能夠在 寬帶內得到滿意的特性。該天線具有寬頻帶、結構緊湊、性能良好的特點。 本實用新型技術方案如下 —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1、脊波 導部分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的外導體的內徑相同。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)。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。 所述脊波導部分2為一段標準的雙脊波導。所述雙脊喇叭部分3的兩個脊31由脊波導部 分2的兩個脊向外延伸至喇叭口。 所述同軸線11的外導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的內導體與加背脊的 屏蔽平板線121的內導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的內導體相連；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的內導體和背脊方同軸線122 的內導體相連接的牢固性，可在背脊方同軸線122的內導體上開孔，將加背脊的屏蔽平板 線121的內導體插入背脊方同軸線122的內導體的開孔中，并用導電膠粘牢。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數和每一節的特性 阻抗，進而確定每一節的尺寸。 本實用新型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 電磁波經過同軸線11通過耦合孔從脊波導后部平行于脊波導傳輸方向饋入，首 先進入模式轉換部分12。從結構上看，模式轉換部分又分為2個不同的結構區域，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。這兩種結構都是 TEM波傳輸線，能夠更好的進行模式轉換，讓電磁場能量能夠更加匹配地從同軸線過渡到脊 波導中。同軸線中為TEM波，電場關于①方向對稱，均勻分布在同軸線中，經過加背脊的屏 蔽平板線時電場能量被集中到了內導體與上下金屬板之間，而進入背脊方同軸線后，由于 下方背脊空間較大，電磁場能量分散，所以電場能量被進一步集中到了內導體和上板之間。 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部分2的兩脊之間。這兩個部
分下方的開槽(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，達到電 磁波平穩過渡的目的，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。這樣通過脊波導階梯變換，將標準脊波導變換到低阻抗的脊波導，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。 本實用新型的有益效果是該天線采用后饋式結構，電磁波從脊波導后部平行于 脊波導傳輸方向饋入，同軸線11與波導處于同一軸線上，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行分析設計，能夠在18 40GHz的寬帶范圍內得到滿意的特 性，具有寬頻帶、結構緊湊、性能良好的特點。
圖1是現有的直插式雙脊喇叭天線剖面示意圖。 圖2是本實用新型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是本實用新型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是本實用新型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是本實用新型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。
具體實施方式—種后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線，如圖3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，其內導體通過耦合孔插進背脊方同軸線122的內導體內 部，并用導電膠粘牢。模式轉換部分12的總長度為中心頻率的四分之一波長，分為2個部 分前一段結構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 波傳輸線結構，設計時其特性阻抗都為50Q ，在模式轉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，通過變換脊 波導的脊高得到不同的特性阻抗進行阻抗匹配，每一段的長度均為中心頻率的四分之一波 長。 脊波導部分2為標準180雙脊波導。 雙脊喇叭部分3的兩個脊31由脊波導部分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曲線漸變的脊，可以在寬帶內實現較為 良好的增益和方向性。然而在實際的工程設計過程中，指數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，優化更難以實現。而且指數曲線加工難度大，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。實際設計時，先按照指數曲線的
形式，作出延伸脊曲線，輻射方向上以中心頻率的每l/4波長為一段，取得與指數曲線的連
接點，然后將各個連接點用線性線段連接起來，這樣就構成了多段線性漸變延伸脊。 本實用新型提供的后饋式毫米波寬帶雙脊喇叭天線，仿真結果表明1、該天線使
用頻率可達18 40GHz，相對帶寬可達75.9X ;2、輸入端駐波較小，功率利用率較高。
權利要求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；其特征在于所述模式變換部分(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)的外導體的內徑相同；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；所述脊波導部分(2)為一段標準的雙脊波導；所述雙脊喇叭部分(3)的兩個脊(31)由脊波導部分(2)的兩個脊向外延伸至喇叭口；所述同軸線(11)的外導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)的內導體與加背脊的屏蔽平板線(121)的內導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)的內導體相連；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. 根據權利要求1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)的兩個脊是呈指數曲線漸變的脊。
3. 根據權利要求1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. 根據權利要求1、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)的內導體上具有開孔，所述加背脊的屏蔽平板線(121)的內導體插入背 脊方同軸線(122)的內導體的開孔中，并用導電膠粘牢。
專利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領域，涉及毫米波寬帶喇叭天線。包括同軸線激勵部分、脊波導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；脊波導部分為標準雙脊波導；雙脊喇叭部分的兩個脊由脊波導部分的兩個脊向外延伸至喇叭口。該天線采用后饋式結構，電磁波從脊波導后部平行于脊波導傳輸方向饋入，同軸線與波導處于同一軸線上，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的寬帶范圍內得到滿意的特性，具有寬頻帶、結構緊湊、性能良好的特點。
文檔編號H01Q13/04GK201540963SQ200920082230
公開日2010年8月4日 申請日期2009年7月1日 優先權日2009年7月1日
發明者周楊, 李恩, 蘇勝皓, 郭高鳳 申請人:電子科技大學