一種基于c波段的圓極化喇叭天線的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種喇叭天線，具體涉及一種基于C波段的圓極化喇叭天線。
【背景技術】
[0002] 喇叭天線早已為人們所知，其結構形式、尺寸大小以及用途各異。例如在微波遙測 或遙控系統中，可以用圓極化喇叭天線對運動姿態不斷改變的目標進行跟蹤探測。圓極化 喇叭天線一般由饋電裝置、圓極化器和喇叭形的天線口徑組成。饋電裝置的同軸線內導體 延伸到其波導腔體內以便形成一個振子，用以激發電磁波，該電磁波沿波導經圓極化器形 成圓極化電磁波，最終經天線口徑輻射到自由空間中。
[0003] 因為圓極化喇叭天線的輻射性能與喇叭天線口徑大小及形狀有著直接的關系，所 以要使天線獲得高增益必然會造成喇叭天線的體積增大。然而，體積較大的圓極化喇叭天 線又不符合通信系統緊湊化及輕量化的發展需求，因此在設計時要考慮圓極化喇叭天線如 何在有限的縱向長度和口徑面積前提下，使天線獲得更高的增益、更好的圓極化特性是目 前所需解決的關鍵技術之一。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基于C波段的圓極化喇叭天線，其能 夠在有限的縱向長度和口徑面積前提下，使天線獲得更高的增益和更好的圓極化特性。
[0005] 為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的：
[0006] -種基于C波段的圓極化喇叭天線，由波導同軸轉換器、圓極化器、天線口徑和手 性超材料覆層組成。其中所述天線口徑為一上下貫通的角錐形喇叭體。所述波導同軸轉換 器包括同軸線接頭和矩形波導。矩形波導為一密閉的矩形腔體。矩形波導的上表面完全開 口。矩形波導的下表面形成轉化波導短路端。同軸線接頭安裝在矩形波導的左側壁上。所 述圓極化器包括金屬隔板和方形波導。方形波導為一密閉的方形腔體。方形波導的上表面 完全開口，該開口與天線口徑的下開口相連通。方形波導的下表面的右半部分開口，該開口 與波導同軸轉換器的矩形波導的開口相連通。方形波導的下表面的左半部分形成極化波導 短路端。金屬隔板呈正向階梯形。金屬隔板垂直設置在方形波導的正中間，并將方形波導 的內腔分隔為左右2個矩形的腔體。所述手性超材料覆層位于天線口徑的正上方，并與天 線口徑之間存在一定間隙。該手性超材料覆層包括介質基板和印制在介質基板上的至少一 組互扭Z字形的頻率選擇表面單元組。每組互扭Z字形的頻率選擇表面單元組由對稱印制 在介質基板上表面的上層頻率選擇單元和印制在介質基板下表面的下層互扭Z字形的頻 率選擇表面單元組成。上層頻率選擇單元和下層頻率選擇單元各由3個完全相同的Z字形 的金屬條組合而成，這3個Z字形的金屬條的中部連接在一起形成一個共同的中心，且3個 Z字形的金屬條關于這個共同的中心形成中心對稱分布。上層頻率選擇單元和下層頻率選 擇單元同的結構和尺寸完全一致。上層頻率選擇單元和下層頻率選擇單元的中心正對，但 金屬條的旋向相反。
[0007] 上述方案中，所述冋軸線接頭為SMA接頭。
[0008] 上述方案中，所述波導同軸轉換器還包括有可調配螺釘。該可調配螺釘安裝在矩 形波導的右側壁上，并置于矩形波導腔體內正中間軸線上。可調配螺釘旋入矩形波導腔體 內。
[0009] 上述方案中，所述金屬隔板與方形波導的左側壁和右側壁的距離相等，此時方形 波導的內腔分隔為左右2個大小相同的矩形的腔體。
[0010] 上述方案中，所述金屬隔板位于波導同軸轉換器的左側壁的正上方，且兩者處于 同一垂直平面上，此時矩形波導的腔體的橫截面積與方形波導的右部腔體的橫截面積相 同。
[0011] 上述方案中，所述金屬隔板的階梯為5級。
[0012] 上述方案中，所述矩形波導和方形波導通過一體加工形成整體的梯形體結構。
[0013] 上述方案中，所述手性超材料覆層上印制的互扭Z字形的頻率選擇表面單元組為 多個，且這些互扭Z字形的頻率選擇表面單元組在介質基板上呈矩陣排列。
[0014] 上述方案中，所述上層頻率選擇單元和下層頻率選擇單元在圓周方向上錯開一定 角度。
[0015] 上述方案中，矩形波導、方形波導、金屬隔板和天線口徑均為鋁制。
[0016] 與現有技術相比，本實用新型具有以下特征：
[0017] 1、通過波導終端短路的方式進行單饋電。這種饋電方式相較于傳統復雜的雙饋電 方式而言，其性能更穩定，且可以避免不能保證激勵源為等幅的缺陷以致影響極化性能的 情況。這種饋電方式相較于加反射背腔的單饋方式而言，其結構更簡單，體積進一步縮小， 節省了裝備空間，并更易于安裝。
[0018] 2、采用可調配螺釘調節同軸饋電與波導之間的阻抗匹配，調節駐波時主要調節螺 釘旋入腔體內的深淺和位置，進而實現良好的阻抗特性，并拓展帶寬，且更易于操控。
[0019] 3、實現了饋電部分的小型化，滿足了通信裝置小型化、輕量化的發展需求，應用前 景廣闊。
[0020] 4、極化器采用的是階梯狀金屬隔板，其機械加工簡單、調試難度小。
[0021] 5、縮短了天線口徑的縱向長度，且在有限的尺寸情況下能夠實現較高的增益，同 時具有良好的阻抗匹配以及圓極化特性。
[0022] 6、在喇叭天線上方加載手性超材料覆層，手性超材料覆層可對圓極化波產生近零 折射特性，使得天線在工作頻段內獲得高增益、低軸比特性。
[0023] 7、手性超材料覆層采用的是互扭Z字形頻率選擇表面，成本低、機械加工簡單。
【附圖說明】
[0024] 圖1為一種基于C波段的圓極化喇叭天線的立體結構示意圖。
[0025] 圖2為圖1的前視圖。
[0026] 圖3為圖1的側視圖。
[0027] 圖4為手性超材料覆層的一個單元結構立體放大示意圖。
[0028] 圖5為本實用新型新型圓極化喇叭天線的回波損耗曲線圖。
[0029] 圖6為本實用新型新型圓極化喇叭天線的軸比曲線圖。
[0030] 圖7為本實用新型新型圓極化喇叭天線的輻射方向圖。
[0031] 圖中標號：1、波導同軸轉換器；1-1、同軸線接頭；1-2、矩形波導；1-3、可調配螺 釘；2、圓極化器；2-1、金屬隔板；2-2、方形波導；3、天線口徑；4、手性超材料覆層；4-1、介 質基板；4-2、頻率選擇表面單元組。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖及【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細說明。
[0033] -種基于C波段的圓極化喇叭天線，如圖1-3所示，其主要由波導同軸轉換器1、圓 極化器2、天線口徑3和手性超材料覆層4組成。波導同軸轉換器1過渡到圓極化器2,圓 極化器2過渡到天線口徑3,天線口徑3面加載手性超材料覆層4。
[0034] 所述天線口徑3為一上下貫通的角錐形喇叭體。
[0035] 所述波導同軸轉換器1包括同軸線接頭1-1、矩形波導1-2和可調配螺釘1-3。矩 形波導1-2為一密閉的矩形腔體。矩形波導1-2的上表面完全開口。矩形波導1-2的下表 面形成轉化波導短路端。同軸線接頭1-1安裝在矩形波導1-2的左側壁上，且距離左側壁的 轉化波導短路端約1/4波長的位置。在本實施例中，所述同軸線接頭1-1為SMA接頭。可 調配螺釘1-3安裝在矩形波導1-2的右側壁上，并置于矩形波導1-2腔體內正中間軸線上， 即在前后方向上，可調配螺釘1-3距離矩形波導1-2的前側壁和后側壁的距離相等。可調 配螺釘1-3垂直于矩形波導1-2的右側壁，并旋入矩形波導1-2腔體內。可調配螺釘1-3 與轉化波導短路端和上寬壁有一定的距離。
[0036] 所述圓極化器2包括金屬隔板2-1和方形波導2-2。方形波導2-2為一密閉的方 形腔體。方形波導2-2的上表面完全開口，該開口與天線口徑3的下開口的截面積相等且 相互連通。方形波導2-2的下表面的右半部分開口，該開口與波導同軸轉換器1的矩形波導 1- 2開口的截面積相等且相互連通。方形波導2-2的下開口與矩形波導1-2的上開口之間 可以通過法蘭盤實現連通，也可以通過一體加工形成整體的梯形體結構。方形波導2-2的 下表面的左半部分形成極化波導短路端。金屬隔板2-1呈正向階梯形，即金屬隔板2-1的 由上至下前后寬度逐漸變寬。在本實施例中，所述金屬隔板2-1的階梯為5級。金屬隔板 2- 1垂直設置在方形波導2-2的正中間，并與方形波導2-2的左側壁和右側壁平行，且距離 相等。金屬隔板2-1的下部、前部、和后部分別與方形波導2-2的下側壁內側、前側壁內側 和后側壁內側相貼，金屬隔板2-1將方形波導2-2的內腔分隔為左右2個大小完全相同的 矩形的腔體。所述金屬隔板2-1位于波導同軸轉換器1的左側壁的正上方，且兩者處于同 一垂直平面上，此時矩形波導1-2的腔體橫截面積與方形波導2-2的右部腔體的橫截面積 相同。
[0037] 在本實施例中，矩形波導1-2、方形波導2-2、金屬隔板2-1和天線口徑3均為鋁 制。
[0038] 所述手性超材料覆層4位于天線口徑3的正上方，并與天線口徑3之間存在一定 間隙。在本實施例中，手性超材料覆層4的尺寸略大于喇叭口徑面，并位于距離喇叭口徑面 約半波長處。該手性超材料覆層4如圖4所示，包括介質基板4-1