一種矩形槽波導喇叭天線的制作方法

本發明涉及矩形槽波導喇叭天線技術領域，特別工作在毫米波、亞毫米波頻率范圍內的微波發射和接收裝置。

背景技術：

在毫米波段，同軸線、微帶傳輸線的傳輸損耗顯著增加，多采用波導傳輸線，如矩形波導和圓波導等，但它們的口徑尺寸隨頻率增加明顯縮小，功率容量小且頻率高端損耗也明顯增加，功率容量受到限制。1952年tischer.f.j第一次提出了槽波導的概念，70年代后期，haris等人研制出一些矩形槽波導的元件，隨后圓形及其它截面形狀的槽波導也相繼出現。在毫米波及亞毫米波段，矩形波導的尺寸較小，增加了加工的難度，其傳輸損耗也隨頻率升高迅速增大，槽波導與矩形波導相比，它衰減小、色散低、功率容量高、加工方便，為毫米波及亞毫米波器件設計提供了一個選擇方向。

喇叭天線是一種應用廣泛的微波天線，它的結構簡單功率容量大，矩形槽波導喇叭天線是由矩形槽波導在終端處逐張開外延形成的喇叭口。矩形槽波導喇叭天線也擁有矩形槽波導的特點，如頻帶寬、衰減小等，可以作為初級輻射器或次級輻射器使用。矩形槽波導終端張開形成了喇叭天線，合理調整喇叭口的張角，可以控制喇叭的輻射特性，喇叭口的方向可以形成較好的電磁波定向輻射。但是，在口徑張開的位置矩形槽波導的尺寸發生了變化，存在著結構不連續的現象，存在嚴重的電磁波反射；喇叭口的終端面，電磁波從開口處向外輻射，喇叭與外空間的阻抗不匹配，同樣存在嚴重的電磁波反射。因此喇叭尺寸變化的不連續及開口端面的反射問題，也是喇叭天線研究的課題之一。

技術實現要素：

本發明要解決的問題，在于現有的矩形槽波導喇叭天線在口徑張開的位置處矩形槽波導的尺寸發生變化，存在電磁波反射；喇叭口的終端面亦存在嚴重的電磁波反射的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供的矩形槽波導喇叭天線包括相互平行且位置相對的上導體板和下導體板，上導體板和下導體板的兩側邊通過介質支撐塊支撐并固定，在上導體板的中部向上外凸設置上凸部，在下導體板上對應上凸部外凸設置下凸部；上凸部與下凸部匹配形成矩形槽波導和喇叭天線，矩形槽波導與喇叭天線過渡連接，矩形槽波導與介質支撐塊平行；在上凸出部和下凸出部內設置匹配介質，匹配介質一端在矩形槽波導內，另一端在喇叭天線內，所述匹配介質至少一塊，每塊匹配介質之間設有間隙。

本發明從結構上可以看成是兩個部分構成：矩形槽波導和喇叭天線。矩形槽波導傳輸線是天線的饋線部分，將發射的微波能量傳輸至喇叭天線。矩形槽波導喇叭天線是在矩形槽波導基礎上，由矩形槽波導在終端處逐張開外延形成的喇叭口，矩形槽波導與喇叭天線之間的分界面上，因結構變化而造成了阻抗變化，結構不連續會引起電磁波的反射；在矩形槽波導和喇叭天線內添加匹配介質，用于調節該處的阻抗匹配，減小電磁波的反射。

進一步地，本發明矩形槽波導喇叭天線還包括端面覆蓋介質，端面覆蓋介質蓋于喇叭天線的信號輸出端的端面上。灰塵雜質通過喇叭口進入系統會帶來的眾多未知的干擾和影響，甚至損壞天線系統，端口面覆蓋介質位于槽波導喇叭口的端面上，可以將喇叭口封閉，保證系統的工作穩定，同時也有一定的阻抗匹配作用。端面覆蓋介質也可小于喇叭天線輸出端面的大小。

上述介質支撐塊、匹配介質和端面覆蓋介質的介電常數為2～5。

匹配介質的厚度為0.5mm～3mm，匹配介質位于矩形槽波導內的部分為矩形，位于喇叭天線內的部分為梯形。即上述匹配介質由相連的矩形和梯形板狀材料組成，矩形的一邊連接梯形的上底，且與上底等長，矩形部分匹配介質位于矩形槽中，梯形部分匹配介質位于喇叭天線中。匹配介質位于槽波導與喇叭的分界面附近匹配介質的高度可以為滿高度，或者部分高度，匹配介質的大小、形狀、填充均會影響阻抗匹配的調節。通過添加匹配介質，改善因波導口徑擴展而帶來的不連續而引起電磁波的反射，增強了天線的有效輻射。

上述匹配介質的形狀也可為矩形，該矩形一部分在矩形槽中，剩下部分在喇叭天線中。

進一步地，在矩形槽波導內表面鍍銀或鍍金。以增加內表面的導電率，從而進一步降低傳輸損耗。

進一步地，在喇叭天線內表面鍍銀或鍍金。

上述介質支撐塊、匹配介質和端面覆蓋介質由聚四氟乙烯制成。聚四氟乙烯具有良好的穩定性和電絕緣性，為低損耗低介電常數的材料。

進一步地，上述喇叭天線為e面扇形喇叭、h面扇形喇叭或角錐喇叭。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：利用矩形槽波導實現的喇叭天線，能夠實現較大功率的毫米波、亞毫米波頻范圍內的微波發射和接收；采用匹配介質可以調節和改善矩形槽波導與喇叭天線之間的反射問題，匹配介質的尺寸可以調整，匹配介質的數量與填充的位置可以適當選取，可以靈活地調整矩形槽波導與喇叭天線的阻抗匹配，降低了該處的反射狀況，改善工作頻率的駐波，增加了總的有效輻射功率。通過端口面覆蓋介質將喇叭口封閉，可以避免雜質帶來的干擾或影響，保證系統的工作穩定，同時也有一定的阻抗匹配作用。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖；

圖2是本發明結構剖面圖；

圖3是本發明匹配介質形狀示意圖；

圖4是本發明端面覆蓋介質示意圖；

圖5是本發明矩形槽波導喇叭天線的輻射仿真圖；

圖6是現有技術槽波導喇叭天線的端口的駐波圖；

圖7是本發明實施例槽波導喇叭天線的端口的駐波圖。

圖中標記：

1.上導體板，2.下導體板，3.介質支撐塊，4.喇叭天線，5.矩形槽波導，6.匹配介質，7.端面覆蓋介質。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例進一步描述。

如圖1所示，本發明中，矩形槽波導喇叭天線包括相互平行且位置相對的上導體板1和下導體板2，上導體板和下導體板的兩側邊通過介質支撐塊3支撐并固定，在上導體板的中部向上外凸設置上凸部，在下導體板上對應上凸部外凸設置下凸部；上凸部與下凸部匹配形成矩形槽波導5和喇叭天線4，矩形槽波導5與喇叭天線4過渡連接；矩形槽波導5與喇叭天線4內表面鍍銀，匹配介質6一端在矩形槽波導內，另一端在喇叭天線內。喇叭天線4的輸出端面設有端面覆蓋介質7，其形狀如圖4所示，端面覆蓋介質7將喇叭口封閉，有一定的阻抗匹配作用。本實施例端面覆蓋介質與介質支撐塊均為聚四氟乙烯。

本實施例具體尺寸為：矩形槽凸出部分的高度為5mm，寬度為6mm，矩形槽波導的總寬度為52mm，矩形槽的與喇叭天線的總長度為27.4mm，兩側的介質支撐塊的寬度為5mm，高度為6mm。喇叭天線部分的軸線長度為7.5mm，喇叭口的寬度為14.66mm，喇叭口的高度為26mm。工作中心頻率為50ghz，通過仿真，槽波導喇叭天線的增益如圖6所示，最大輻射方向為槽波導喇叭的軸線方向，增益達到20db。

本例的匹配介質的相對介電常數為3.48，大小為2mm×8mm的矩形，其厚度為1mm，位于矩形槽與喇叭天線的交界處，該矩形的匹配介質一部分在矩形槽中，其余部分在喇叭天線中。采用了匹配介質后，端口的駐波得到了改善。

槽波導喇叭天線存在結構的不連續，尺寸變化會引起電磁波的反射，影響端口的駐波，槽波導喇叭天線的端口的駐波如圖6所示。由于矩形槽波導與喇叭天線之間的分界面上，因結構變化而造成了阻抗變化，在此處添加匹配介質，可以改變阻抗，調節該處的阻抗匹配。添加了部分高度的匹配介質，端口的駐波如圖7所示，在中心頻率處端口的駐波得到了改善。

上述實施例僅僅是較佳的實施例，并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。凡依本發明申請專利范圍的內容所作的等效變化與修飾，都應作為本發明的技術范疇。