專利名稱：一種天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種天線。
背景技術：
微波通信領域中，某衛星S頻段相控陣天線(工作在S頻段的接收天線)為高增益大范圍掃描的相控陣天線，工作方式為雙圓極化，同時為提高偵察截獲信號的能力，并且減少天線單元和通道數目，對天線陣元提出了高增益和小型化的要求。常見的用來提高天線單元增益的方法為帶輻射腔體的天線，例如在微帶貼片輻射方向增加喇叭結構來提高增益，但該類結構天線效率比較低，天線方向圖主瓣對稱性和滾降較差，并且天線外型尺寸和質量比較大。目前國內外已有的高增益增強型天線大多具有的缺點在于a.尺寸大，體積大，口徑效率低；b.結構復雜，不易加工。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種高增益、小型化、結構簡單、易加工的天線。本發明的上述目的是通過如下技術方案予以實現的一種天線，包括微帶激勵器和腔體；腔體的頂部直徑比底部直徑大；所述腔體包括從下到上依次分布的多個錐形腔體，從下到上分布的多個錐形腔體的斜率逐漸變大；所述微帶激勵器位于腔體內。所述多個錐形腔體為3個。每個錐形腔體的高度均等于1/4工作波長。所述微帶激勵器包括上層寄生貼片、下層輻射貼片和介質支撐棒；所述介質支撐棒將上層寄生貼片和下層輻射貼片懸于空氣中。所述上層寄生貼片和下層輻射貼片均為圓形。所述介質支撐棒為四根聚酰亞胺介質棒。所述腔體的底部作為微帶激勵器的接地板。所述天線還包括饋電部分，所述饋電部分包括多個同軸饋電探針，在腔體的底部形成多個用于容納所述饋電探針的通孔，所述多個同軸饋電探針與下層輻射貼片接觸。所述多個同軸饋電探針為4個方形同軸饋電探針。本發明與現有技術相比具有如下優點I、通過采用多級漸變錐形腔體結構，可有效降低腔體剖面，使之具有緊湊結構；采用這種突變不連續結構，加強了腔體內局部場強的顯著集中，使后向輻射電磁波發生反射，并與前向輻射波同相疊加，最終最大限度增強天線的正向輻射，從而使天線獲得高增益和良好的主瓣特性，天線口徑效率達94. 8%;天線結構緊湊便于組陣，可以實現陣列的小型化和輕量化；2、本發明的天線結構克服了傳統波紋喇叭和螺旋天線的諸多缺點，具有強度高、剖面低、結構簡單、易加工和易安裝的優點，電性能優良，實現了高增益和高效率。3、采用該天線作為陣元便于實現天線陣列的小型化和輕量化，因此在相控陣天線系統中，尤其是高軌電子偵察衛星接收天線系統中具有廣泛的應用前景。
圖I為本發明高增益多級漸變錐形腔體天線結構示意圖；圖2為本發明高增益多級漸變錐形腔體天線結構剖面圖；圖3為本發明微帶激勵器結構示意圖；圖4為本發明多級錐形輻射腔體結構示意圖；
圖5為本發明方形同軸饋電部分結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明內容作進一步的詳細說明如圖I所示為本發明的天線結構示意圖，如圖2所示為本發明的天線結構剖面圖，由圖可以看出本發明的天線包括微帶激勵器I、多級漸變錐形輻射腔體2、和饋電部分3。多級漸變錐形輻射腔體2的頂部開口，底部封閉。頂部的直徑比底部的直徑大。多級漸變錐形輻射腔體2的斜率依次變大。微帶激勵器I位于腔體2內，并安裝在腔體2的底部中心位置；通過饋電部分3給微帶激勵器I饋電。采用多級漸變錐形腔體可提高天線效率和增益，同時降低天線剖面高度。本實施方式中的天線最大口徑在250mm 265mm范圍內，天線剖面高度最大在95mm 105mm范圍內。根據天線增益要求、天線口徑和剖面高度要求確定錐形腔體的級數；級數越少，天線剖面高度越低，但若要達到15dBi增益，則會使得天線方向圖主瓣對稱性和滾降較差，同時天線口徑效率變低；級數越高，天線方形圖主瓣對稱性和滾降越好，但天線剖面高度越高，不利于實現天線的小型化和輕量化，級數過多也會導致天線口徑利用效率降低，同時也由于互耦的增加將不利于天線組陣。錐體斜率由每級錐形腔體高度和錐形腔體底面、頂面直徑決定，每級錐形腔體高度均等于1/4工作波長，根據天線增益要求和最大限度提高天線口徑效率目標，加強腔體內局部場強的集中，優化設計出每級錐形腔體底面和頂面直徑。如圖3所示，微帶激勵器I由上層寄生貼片4、下層輻射貼片5和起支撐作用的四根聚酰亞胺材料介質支撐棒6組成。四根聚酰亞胺材料介質支撐棒6均勻分布在同一圓周上，用于將上層寄生貼片4、下層輻射貼片5懸于空氣中。介質支撐棒6 —端與上層寄生貼片4固定，另一端穿過下層輻射貼片5與腔體2的底部接觸(如圖2所示)。寄生貼片4和輻射貼片5均采用圓形結構。上層寄生貼片4的半徑比下層輻射貼片5的半徑小，上層寄生貼片4主要是用來展寬帶寬，下層輻射貼片5主要用于調節增益。其中上層寄生貼片4的直徑d4 = 52mm，相對于多級漸變錐形輻射腔體底部的高度h4 = 17mm，厚度m4 = lmm,輻射貼片5的直徑d5 = 75mm,相對于多級漸變錐形輻射腔體底部的高度h5 = 5. 8mm,厚度m5 = Imm0微帶激勵器采用雙層結構，寄生貼片和輻射貼片采用懸空結構，并用四根聚酰亞胺介質棒進行支撐，采用上述結構有效展寬了天線阻抗帶寬，并降低了損耗。如圖2，4所示；多級漸變錐形腔體2優選為三級，由第一級錐形腔體7、第二級錐形腔體8和第三級錐形腔體9組成，第一級錐形腔體7頂面直徑與第二級錐形腔體8底面直徑相等，第二級錐形腔體8頂面直徑與第三級錐形腔體9底面直徑相等。三級錐形腔體的斜率依次變大。多級漸變錐形腔體2底面作為接地板，并設置4個用于容納饋電探針的方形孔10。如圖2所示剖面圖，以錐形腔體底面線為基準線，對每級腔體母線與基準線之間的夾角取正切值即為每級腔體的錐體斜率。其中第一級錐形腔體7底面直徑d7 = 190mm,錐體斜率為kl = I. 6，第二級錐形腔體8底面直徑為d8 = 233. 4mm,錐體斜率為k2 = 3. 8，第三級錐形腔體9底面直徑為d9 = 251. 8mm，錐體斜率為k3 = 8. 5，頂面直徑(最大口面直徑)260mm,每級錐形腔體高度均等于1/4工作波長，多級漸變錐形腔體2最大口徑直徑為I. 86工作波長。高增益多級漸變錐形腔體天線采用3級不同斜率漸變錐形腔體，可使腔體內局部場強顯著集中，在達到15dB i高增益的同時最大限度的提高了天線口徑效率，天線方向圖主瓣接近線性滾降，同時天線整體剖面高度比較低，便于實現天線的小型化和輕量化。如圖5所示，饋電部分3包括多個同軸饋電結構，所述多個同軸饋電結構優選為4個方形同軸饋電結構，方形同軸饋電結構由方形同軸饋電探針11和方形同軸介質12和方形同軸外導體13組成，4個方形同軸饋電探針11穿過腔體2底部的通孔10后與下層輻射貼片5接觸。4個方形同軸饋電探針11以腔體2的底部圓心為中心，分布在同一圓周上； 其幅度相同，相位依次相差90°。饋電部分采用相位依次相差90°的4個方形同軸饋電探針11對下層輻射貼片5進行平衡饋電，可方便獲得雙圓極化性能，顯著改善了軸比帶寬和圓極化性能。本發明的天線的工作原理如下天線由微帶激勵器和多級漸變錐形腔體組成，微帶激勵器采用雙層結構，由上下兩個不同直徑和高度、懸空放置的貼片組成，用于展寬阻抗帶寬，并降低損耗，其中下層輻射貼片由4個幅度相同，相位依次相差90°的方同軸饋電探針進行平衡饋電；多級漸變錐形腔體采用了不同斜率的漸變3級腔體結構，由于微帶激勵器僅輻射單一的TEll模式的電磁波，抑制了高次模的產生，同時這些突變不連續結構又加強了腔體內局部場強的顯著集中；通過綜合優化每級錐體斜率和錐體高度，使后向輻射電磁波反射后與前向輻射波同相疊加，直到滿足所需高增益的同時方向圖主瓣接近線性滾降，并且使輻射腔體最大口徑和剖面最小化，最終設計出具有良好電性能的高增益天線。通過以上設計，本發明高增益多級漸變錐形腔體天線的電性能可以達到極化方式左右旋圓極化；增益15. IdBi ;天線中心頻率處最大增益為15. ldBi，在7. 2%的相對帶寬內大于15dBi，方向圖主瓣對稱性比較好，方向圖主瓣錐削和滾降較快，天線口徑效率為94. 8 %。駐波< 1.4(在帶寬范圍內)；該天線在14%的相對帶寬內可以獲得VSWR < 1.4的性能。軸比< 1.2dB(在帶寬范圍內)；在±25°波束范圍內小于I. 2dB，圓極化特性良好。由于本發明的高增益多級漸變錐形腔體天線具有高增益、高效率、低剖面、天線方向圖主瓣對稱性和滾降好的優點，因此由本發明的高增益多級漸變錐形腔體天線可以組成32元稀疏天線陣，在天線陣的直徑小于2m，掃描角度±13°情況下增益大于28. ldBi，陣列旁瓣抑制到小于-16dB。
以上所述，僅為本發明最佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。本發明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員的公知技術。·
權利要求
1.一種天線，包括微帶激勵器(I)和腔體(2);腔體(2)的的頂部直徑比底部直徑大；其特征在于所述腔體(2)包括從下到上依次分布的多個錐形腔體，從下到上分布的多個錐形腔體的斜率逐漸變大；所述微帶激勵器位于腔體(2)內。
2.根據權利要求I所述的多級漸變錐形腔體天線，其特征在于所述多個錐形腔體為3個。
3.根據權利要求I或2所述的多級漸變錐形腔體天線，其特征在于每個錐形腔體的高度均等于1/4工作波長。
4.根據權利要求I所述的天線，其特征在于所述微帶激勵器(I)包括上層寄生貼片(4)、下層輻射貼片(5)和介質支撐棒￠);所述介質支撐棒(6)將上層寄生貼片(4)和下層福射貼片(5)懸于空氣中。
5.根據權利要求4所述的天線，其特征在于所述上層寄生貼片(4)和下層輻射貼片(5)均為圓形。
6.根據權利要求4或5所述的天線，其特征在于所述介質支撐棒(6)為四根聚酰亞胺介質棒(6)。
7.根據權利要求I或4所述的天線，其特征在于所述腔體(2)的底部作為微帶激勵器⑴的接地板。
8.根據權利要求7所述的多級漸變錐形腔體天線，其特征在于所述天線還包括饋電部分(3)，所述饋電部分(3)包括多個同軸饋電探針，在腔體(2)的底部形成多個用于容納所述饋電探針的通孔，所述多個同軸饋電探針與下層輻射貼片(5)接觸。
9.根據權利要求8所述的多級漸變錐形腔體天線，其特征在于所述多個同軸饋電探針為4個方形同軸饋電探針。
全文摘要
本發明涉及一種天線，包括微帶激勵器(1)和腔體(2)；腔體(2)的頂部直徑比底部直徑大；所述腔體(2)包括從下到上依次分布的多個錐形腔體，從下到上分布的多個錐形腔體的斜率逐漸變大；所述微帶激勵器位于腔體(2)內。本發明的天線具有高增益、小型化、結構簡單、易加工的特點。
文檔編號H01Q19/17GK102904064SQ20121037548
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者張艷君, 楊慧杰 申請人:西安空間無線電技術研究所