一種超寬帶tem喇叭天線及建模方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電磁場、微波與天線技術，具體為一種喇機天線及建模方法，喇機天線用于信號收發。
【背景技術】
[0002]超寬帶喇叭天線在測量、雷達及通信系統上的應用已經愈來愈廣泛。現有的超寬帶喇叭中，高頻方向圖并不十分理想:高頻方向圖出現旁瓣較高、主瓣在高頻段過早出現分叉等現象，本發明通過調整脊曲線、把喇叭寬面改為指數型曲面結構、在喇叭口處設計了獨特的結構將寬面進行延伸，優化了高頻方向圖，從而增強了超寬帶喇叭的高頻性能。
【發明內容】
[0003]要解決的技術問題
[0004]為了解決現有技術中超寬帶喇叭的高頻方向圖旁瓣較高主瓣在高頻段過早出現分叉，本發明提出一種超寬帶TEM喇叭天線及建模方法。
[0005]技術方案
[0006]—種超寬帶TEM喇叭天線，包括短路板、饋電部分、脊波導段和喇叭段；饋電部分位于脊波導段的一側，短路板位于脊波導段的后端面；在脊波導段的兩個窄壁面中間設有外側高內側低的楔體；喇叭段的兩個窄壁面采用介質板，在介質板上均勻分布金屬線；其特征在于喇叭段的兩個寬壁面為指數型曲面，在兩個寬壁面內側中間分別設有一個從脊波導段的饋電處延伸到喇叭口面指數型曲線的脊，指數型曲面位于喇叭口面的一端為圓弧狀結構的缺口，圓弧狀結構的缺口上設有多個槽。
[0007]所述的饋電部分采用N型同軸接頭，在N型同軸接頭的內導體伸出部分上設有加粗部分用于調節駐波。
[0008]所述的寬壁面上的指數型脊的曲線為y = 1.l*exp (0.0253*ζ)_0.03365*ζ。
[0009]所述的指數型寬壁曲面的函數為y = 1.2*exp (0.016*ζ)+0.18547*ζ。
[0010]所述的介質板的介電常數為4.4，厚度為1mm。
[0011]所述的金屬線為6條。
[0012]—種對超寬帶TEM喇叭天線進行建模的方法，其特征在于步驟如下:
[0013]步驟1:建立脊波導，在脊波導的窄壁面中間創建兩個楔體，在脊波導的后端面創建短路板；
[0014]步驟2:在脊波導的一個寬壁面的外側中間挖孔，將饋電段的同軸結構插入脊波導，同軸結構的外壁與上脊接觸，內壁與下脊接觸；
[0015]步驟3:建立喇叭段，窄壁面采用介質板代替金屬板，介質板上覆有金屬條，寬壁面采用指數型曲面替代平面，指數型曲面在喇叭口面處向外延伸，用一個球體與其相切從而得到一個圓弧狀結構的缺口，在缺口上開槽；
[0016]步驟4:從脊波導的饋電處開始到喇叭段口面處，延寬壁面建立脊結構。
[0017]有益效果
[0018]本發明提出的一種超寬帶TEM喇叭天線及建模方法，解決了高頻方向圖旁瓣較高主瓣在高頻段過早出現分叉的問題，優化了高頻段的駐波比和方向圖，頻帶更寬，方向圖盡可能少地出現裂瓣。
【附圖說明】
[0019]圖1超寬帶TEM喇叭天線的正視圖
[0020]圖2超寬帶TEM喇叭天線的俯視圖
[0021]圖3超寬帶TEM喇叭天線的右視圖
[0022]圖4超寬帶TEM喇叭天線的剖視圖
[0023]圖5立體HFSS仿真圖
[0024]圖6立體圖
[0025]圖7波導段的楔形結構
[0026]圖8波導段的楔形結構尺寸圖
[0027]圖9喇叭段的窄壁面覆銅結構圖
[0028]圖10喇叭段的窄壁面結構圖
[0029]圖11喇叭段的寬壁面結構圖
[0030]圖12喇叭段的寬壁面指數型脊
[0031]圖13 4G的E面方向圖
[0032]圖14 6G的E面方向圖
[0033]圖15 8G的E面方向圖
[0034]圖16 10G的E面方向圖
[0035]圖17 12G的E面方向圖
[0036]圖18 14G的E面方向圖
[0037]圖19 16G的E面方向圖
[0038]圖20增益曲線圖
[0039]圖21駐波圖
[0040]圖22相位中心圖
【具體實施方式】
[0041]現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述:
[0042]如圖1-4所示，超寬帶TEM喇叭天線包括短路板1、饋電部分2、脊波導段3和喇叭段4 ;饋電部分2位于脊波導段3的一個寬壁面的外側，饋電部分采用N型同軸連接頭，其內芯和下脊連接，在內芯的外側設有加粗部分用于調節駐波；短路板1位于脊波導段3的后端面；在脊波導段3的兩個窄壁面上設有外側高內側低的楔體；為了減輕喇叭天線的重量，喇叭段4的兩個窄壁面采用介質板，介質板的介電常數為4.4，厚度為1mm，在介質板上均勻分布6條金屬線，在喇叭段4的兩個寬壁面分別設有一個指數型曲線(y =
1.l*exp (0.0253*z)-0.03365*z)的脊5，脊5從脊波導段3的饋電處延伸到喇叭口面，喇叭段的兩個寬壁面為指數型曲面(y = 1.2*exp (0.016*z)+0.18547*z)，指數型曲面位于喇叭口面的一端為圓弧狀結構的缺口 6，其上按照阻抗變換設有多個槽。喇叭口面延伸處最外側兩槽相距為6mm，其余相鄰兩槽間距為10mm，槽寬為10mm。
[0043]下面對各個部位的具體尺寸進行描述:
[0044]如圖1所示，脊波導的寬邊為86mm，喇叭段口面寬邊為239.99mm，喇叭段延伸面寬邊距離為315.15mm，饋電段同軸結構外壁直徑為2.3mm，內壁直徑為1mm，波導段長度為37.8mm，喇叭段長度為151.98mm，喇叭段口徑處延伸面的長度為79.8mm。
[0045]如圖2所示，脊寬度為9mm，喇叭口徑窄邊寬度為138.99mm，喇叭口徑寬邊寬度為138.99mm，延伸出的曲面兩端點距離為315.15mm。
[0046]如圖3所示，位于波導段的脊間距為2mm，喇叭段延伸面窄邊長度為259.8mm，喇叭段口面處窄邊長度為139mm，饋電中心距離短路板12.5mm，波導段長度為38.3mm，波導段窄邊寬度為68mm，喇叭段長度為152mm，喇叭寬面延伸長度為79.85mm。
[0047]如圖8所示，波導段長度為86臟，波導段寬度為67臟，波導段平行脊間距為2臟，脊寬度為9mm，寬邊兩楔形間距為16mm，寬度為波導寬邊寬度即86mm，內側高度為8mm，窄邊兩楔形間距為26mm，寬度為19mm，內側高度為5mm。
[0048]如圖9所示，金屬條高度為0.91mm，相鄰兩金屬條之間的高度分別為30.04mm、29.13mm、30.04mm、27.31mm、30.04mm。
[0049]具體仿真建模方法:
[0050]1、建立脊波導，在脊波導的窄壁面中間創建兩個楔體，在脊波導的后端面創建短路板；
[0051]2、在脊波導的一個寬壁面的外側中間挖孔，將饋電段的同軸結構插入脊波導，同軸結構的外壁與上脊接觸，內壁與下脊接觸；
[0052]3、建立喇叭段，窄壁面采用介質板代替金屬板，介質板上覆有金屬條，寬壁面采用指數型曲面替代平面，指數型曲面在喇叭口面處向外延伸，用一個球體與其相切從而得到一個圓弧狀結構的缺口，在缺口上開槽；
[0053]4、從脊波導的饋電處開始到喇叭段口面處，延寬壁面建立脊結構。
[0054]將建好的模型進行仿真，其結果圖如圖13-22所示，解決了高頻方向圖旁瓣較高主瓣在高頻段過早出現分叉的問題，優化了高頻段的駐波比和方向圖，頻帶更寬，方向圖盡可能少地出現裂瓣。
【主權項】
1.一種超寬帶TEM喇叭天線，包括短路板(1)、饋電部分(2)、脊波導段(3)和喇叭段(4);饋電部分(2)位于脊波導段(3)的一側，短路板⑴位于脊波導段(3)的后端面；在脊波導段⑶的兩個窄壁面中間設有外側高內側低的楔體；喇叭段⑷的兩個窄壁面采用介質板，在介質板上均勻分布金屬線；其特征在于喇叭段的兩個寬壁面為指數型曲面，在兩個寬壁面內側中間分別設有一個從脊波導段⑶的饋電處延伸到喇叭口面指數型曲線的脊(5)，指數型曲面位于喇叭口面的一端為圓弧狀結構的缺口(6)，圓弧狀結構的缺口(6)上設有多個槽。2.根據權利要求1所述的一種超寬帶TEM喇叭天線，其特征在于所述的饋電部分(2)采用N型同軸接頭，在N型同軸接頭的內導體伸出部分上設有加粗部分用于調節駐波。3.根據權利要求1所述的一種超寬帶TEM喇叭天線，其特征在于所述的寬壁面上的指數型脊的曲線為 y = 1.l*exp (0.0253*ζ)-0.03365*ζο4.根據權利要求1所述的一種超寬帶ΤΕΜ喇叭天線，其特征在于所述的指數型寬壁曲面的函數為 y = 1.2*exp (0.016*z) +0.18547*z。5.根據權利要求1所述的一種超寬帶TEM喇叭天線，其特征在于所述的介質板的介電常數為4.4，厚度為1mm。6.根據權利要求1所述的一種超寬帶TEM喇叭天線，其特征在于所述的金屬線為6條。7.一種對權利要求1所述的超寬帶TEM喇叭天線進行建模的方法，其特征在于步驟如下: 步驟1:建立脊波導，在脊波導的窄壁面中間創建兩個楔體，在脊波導的后端面創建短路板； 步驟2:在脊波導的一個寬壁面的外側中間挖孔，將饋電段的同軸結構插入脊波導，同軸結構的外壁與上脊接觸，內壁與下脊接觸； 步驟3:建立喇叭段，窄壁面采用介質板代替金屬板，介質板上覆有金屬條，寬壁面采用指數型曲面替代平面，指數型曲面在喇叭口面處向外延伸，用一個球體與其相切從而得到一個圓弧狀結構的缺口，在缺口上開槽； 步驟4:從脊波導的饋電處開始到喇叭段口面處，延寬壁面建立脊結構。
【專利摘要】本發明涉及一種超寬帶TEM喇叭天線及建模方法，通過調整脊曲線、把喇叭寬面改為指數型曲面結構、在喇叭口處設計了獨特的結構將寬面進行延伸，優化了高頻方向圖，從而增強了超寬帶喇叭的高頻性能。
【IPC分類】H01Q13/02
【公開號】CN105390816
【申請號】CN201510710686
【發明人】楊林, 魏庚明, 栗曦, 周鵬, 伊向杰
【申請人】西安電子科技大學
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年10月28日