一種Ka波段波導開縫激勵的圓極化喇叭天線的製作方法

2023-06-24 11:45:16

專利名稱：一種Ka波段波導開縫激勵的圓極化喇叭天線的製作方法
技術領域：
本發明屬於天線工程技術領域，具體來說是一種毫米波詢問天線。
背景技術：
隨著火箭、人造衛星和宇航技術的發展，對跟蹤雷達的跟蹤速度、跟蹤精度、跟蹤距離抗幹擾能力都提出了更高的要求。由於圓錐掃描天線體制採用的是順序比較波瓣法，這種體制必須在饋源繞天線軸旋轉一周後才能判明目標的方向，限制了跟蹤速度；在波束掃描過程中，目標運動狀態的變化引起回波信號幅度的起伏，給誤差信號附加上一個調幅幹擾，也降低了角跟蹤精度。而單脈衝體制採用同時比較波瓣法，獲取誤差信號迅速，跟蹤速度快；誤差信號只與接收到得幾個波束的回波脈衝幅度的相對值有關，不存在目標起伏幹擾。目前單脈衝體制已經逐步取代了圓錐掃描體制而獲得廣泛的應用，現在的詢問天線大多都採用單脈衝工作體制。與此同時，隨著衛星通信、遙控遙測技術的發展、雷達應用範圍的擴大以及對高速目標在各種極化方式和氣候條件下跟蹤測量的需要，單一極化方式已遠難滿足要求，圓極化的應用就顯得十分重要，在電子對抗中，使用圓極化天線可以幹擾和偵察敵方的各種線極化及橢圓極化方式的無線電波；在劇烈擺動或滾動的飛行器上裝置圓極化天線，可以在任何狀態下都能收到信息；在天文、航天通信及遙測遙感設備中採用圓極化天線，除可減小信號漏失外，還可能消除由電離層法拉第旋轉效應引起的極化畸變影響；在電視廣播中採用圓極化天線，可望克服重影等等。可見，圓極化天線在通信、雷達、電子對抗、遙測遙感、天文及電視廣播等方面的應用是相當廣闊的。採用多模喇叭來實現圓極化天線是一種很好的選擇，不同模式的電磁波在喇叭中的相速度是不同的，傳輸一段距離後兩種模式的電磁波在喇叭口徑面上形成90度相位差，並在自由空間疊加形成圓極化電磁波。

發明內容
現在大多數的詢問天線都是工作在L波段的微帶天線，但是在移動通信爆發式發展的今天，層出不窮的各種通信方式佔據電磁頻譜當中一定的頻段，因此會干擾到工作在該頻段天線，影響天線的詢問精度；其次，微帶天線近年來發展態勢迅猛，形式多種多樣，在實現圓極化的方法上有其獨特的優勢。但是其缺點也比較明顯，功率容量小，增益偏低，波瓣較寬等。對於要求高增益窄波瓣的天線指標，微帶天線形式並不適合。為了讓天線具有很高的抗幹擾及較高的詢問精度，我們希望有一種天線能夠儘可能的工作在較高頻段並且能夠擁有較高的增益。然而本發明所設計的新型角錐喇叭天線則工作在Ka波段內，詢問精度高，尤其是在空間中有多個目標時，詢問精度極高，具有很高的抗幹擾能力。同時，這種天線採用波導開縫的方式，實現了喇叭和圓極化饋源一體化的，結構緊湊，易於加工，使得本發明具有很高的市場潛力。


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圖1為本發明-Ka波段波導開縫激勵的圓極化喇叭天線的前視三維圖2為本發明-Ka波段波導開縫激勵的圓極化喇叭天線的三視圖3為本發明-Ka波段波導開縫激勵的圓極化喇叭天線駐波係數VSWR4為本發明在直角坐標系下的方位面(H面)和俯仰面(E面)方向圖5為本發明的軸比方向圖
6為本發明組成的28元喇叭天線直線陣的前視三維圖7為圖6的頻帶範圍內觀察和方向圖時各個埠的有源駐波係數Active-VSWR8為圖6的頻帶範圍內觀察差方向圖時各個埠的有源駐波係數Active-VSWR9為圖6在直角坐標系下的方位面(H面)方向圖10為圖6在直角坐標系下的俯仰面(E面)方向圖11為圖6的軸比方向圖
具體實施方案圖2描述了本發明的具體實施方案。依圖2所示，本天線陣的單元天線包括一個角錐喇叭(I)和一段饋電波導(2)，兩者之間由一條向右傾斜的饋電縫隙耦合饋電(3)，另外還有一顆調節阻抗匹配的調節柱(4)。角錐喇叭，饋電波導和調節柱均使用鋁製成。當然，以上組件也可以由其它金屬材料製成，使用其他材料製作本天線當然應屬於本發明的涉及範圍。角錐喇叭天線的矩形波導尺寸為6.7X4.7Xlmm3,喇叭口徑尺寸為15.5X5.5X4.4mm3。壁厚均為1mm，如；饋電波導是本發明的核心內容，將饋電波導一端封上作為短路壁，另一端作為輸入埠，饋電波導的尺寸為15.88 X 5.69 X 1.5mm3,壁厚為Imm,內部不填充介質；在饋電波導頂部開一個右傾45°的耦合縫，縫中心距短路壁距離為距短路壁λ g/2處，λ g代表中心頻率的波導波長為12.4mm。縫寬小於1/10的中心頻率波長，取0.79mm,而縫長約1/2中心頻率波長,取4.3mm ;在饋電波導頂部中央有一根直徑
0.8mm的調節柱，調節柱中心在距短路壁12.6_，露出長度0.6_，可以根據具體情況調整長度；保證角錐喇叭天線，矩形波導還有饋電縫的中心線應重合。在具體產品中，採用的波導尺寸或者是喇叭口徑不一定與上文所述完全一致，包括調節柱與否或是耦合縫在饋電波導頂部的位置等等。只要使用了圖2中的波導耦合縫的饋電結構並使用於該種天線中，就應當屬於本發明所涉及的範圍。圖6表示的是由本發明組成的直線陣,取單元數N = 28,單元間距d = 7.4mm,激勵分布用泰勒綜合法得到，如下表I所示，表中只給出一半陣元的激勵，另一半對稱。表I歸一化電流分布
權利要求
1.一種Ka波段波導開縫激勵的圓極化喇叭天線，其特徵在於:包括角錐喇叭(I)和饋電波導(2)，採用饋電波導開縫(3)給喇叭饋電，其中饋電波導內還有一根調節阻抗匹配的調節柱(4)，整個喇叭天線結構緊湊，易於加工。
2.根據權利要求1所述的一種Ka波段波導開縫激勵的圓極化喇叭天線，圓極化波的產生可以通過調整角錐喇叭(I)的上下兩個口徑面尺寸和喇叭長度來控制。
3.根據權利要求1所述的一種Ka波段波導開縫激勵的圓極化喇叭天線，饋電波導⑵一端封閉作為短路壁，另一端作為能量輸入埠。
4.根據權利要求1所述的一種Ka波段波導開縫激勵的圓極化喇叭天線，在饋電波導⑵頂端距短路壁λ g/2處所開的縫為右斜45°縫(3)，角錐喇叭⑴天線和饋電縫(3)的中心線應重合。
5.根據權利要求1所述的一種Ka波段波導開縫激勵的圓極化喇叭天線，在饋電波導(2)內頂端中軸線上有一根可以調節阻抗匹配的調節柱(4)。
6.根據權利要求1所述的一種Ka波段波導開縫激勵的圓極化喇叭天線，多個該發明組成的直線陣可以作為單脈衝體制的毫米波詢問天線，具有較高的增益，同時實現圓極化。
全文摘要
本發明涉及一種Ka波段波導開縫激勵的圓極化喇叭天線，包括角錐喇叭(1)和饋電波導(2)，採用饋電波導開縫(3)給喇叭饋電，其中饋電波導內還有一根調節阻抗匹配的調節柱(4)。上述設計實現了喇叭天線和圓極化饋源一體化，並且整個喇叭天線結構緊湊，易於加工。現在大多數的詢問天線都是工作在L波段的微帶天線，除了容易受到同一頻段的電磁波幹擾外，微帶形式的天線本身也有著增益偏低的缺點。然而本發明工作在Ka波段內，在保留喇叭天線高增益的特點時，還能夠實現圓極化，組成陣列後是理想的詢問機系統天線。
文檔編號H01Q21/00GK103187630SQ20111044344
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者胡大成, 王建, 陳冰潔, 史豔梅, 蔣楠 申請人:電子科技大學