雙頻正交極化高隔離度喇叭天線的製作方法
2023-04-28 18:09:41
雙頻正交極化高隔離度喇叭天線的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，包括圓錐喇叭，在喇叭上設置有兩個相互垂直的高頻饋電埠和低頻饋電埠，在高頻饋電埠和低頻饋電埠分別設置有方波導進行饋電，所述的方波導與所述的高頻饋電埠和低頻饋電埠進行過渡連接，其中低頻饋電埠水平設置並與水平設置的方波導連接，高頻饋電埠豎直設置並與豎直設置的方波導連接，在所述的喇叭的水平側壁上設置有對穿小孔，小孔的位置設置在水平波導的中心線上，在所述的對穿小孔內設置有金屬長銷，在所述的豎直設置的波導上設置有調配螺釘。本實用新型的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，結構簡單使用方便，性能優越，適用於毫米波氣象雷達，且結構相對簡單，加工較容易實現。
【專利說明】雙頻正交極化高隔離度喇叭天線
【技術領域】
[0001]本發明屬於喇叭天線以及面天線潰源領域，特別涉及一種雙頻正交極化高隔離度喇叭天線。
【背景技術】
[0002]氣象與人民的生活息息相關。我國氣象災害發生頻繁，對人們的生產、生活影響較大，人們日益認識到氣象信息資源對經濟社會發展的重要性。氣象信息對許多社會經濟部門的發展和人民生活都有很大貢獻。雲在天氣系統發展、降水形成和大氣輻射傳輸等物理過程以及國民經濟的許多領域中都扮演著極其重要的角色。目前，雲已經成為全球氣候模型中最重要的也是最難確定的氣象要素之一。雲、雨分布、特性及其演化運動過程的監測對於研究全球氣候變化和進行天氣預報具有非常重要的作用。因此，對雲的探測顯得特別重要。
[0003]雲的研究工作複雜而又龐大，從宏觀的雲量、雲狀、雲高、雲速探測到微觀雲粒子物理、化學、光學、輻射特性等的研究一直是雲研究的重點。對於雲及其輻射特性的觀測和研究一直比較缺乏。目前主要常用的氣象雷達分為晴空風廓線雷達和新一代天氣測雨雷達。我國最常用的是新一代天氣測雨雷達。該雷達主要用於監測和預警強雷暴等災害性天氣，如果要探測雲，則需要較高的傳輸功率和配置較大的天線，即便這樣，由於使用的是釐米波，存在著譬如地物遮擋、特定的探測條件等使用問題。風廓線雷達的工作波長達到6m，它探測晴空風場的能力以及對於降水雲結構的觀測能力都很好，但是探測雲的能力相當有限。因此，儘管這兩種雷達在某些情況下可以提供有關雲的信息，但是時間解析度和空間解析度都很低，不足以給出詳細的雲結構，不能準確反映時刻變化的雲參數信息。所以它們不適合專門用來觀測和研究雲的宏微觀特性。而毫米波雷達的工作波長在毫米波段，它是利用雲粒子對電磁波的散射特性，通過對雲的雷達回波分析了解雲的各種特性，雲的回波參數反映了雲的宏觀和微觀結構。
[0004]在毫米波頻段，電子能量在大氣中傳播時與大氣中懸浮微粒以及含水物質的相互作用比微波頻段的相互作用強的多，這些相互作用的機理主要是吸收、散射和折射。而毫米波測雲雷達原理的正是基於大氣中的懸浮粒子對電磁波所產生的後向散射。影響毫米波傳播的主要氣體是氧分子和水蒸氣。這些氣體的諧振將在毫米波頻段產生選擇性吸收和散射。氧分子諧振引起的吸收峰出現在60GHz和120GHz附近；水蒸氣引起的吸收峰出現在220GHz和183GHz附近，在整個毫米波頻段有4個傳播衰減較小的大氣「窗口」，其中心頻率分別在 35GHz、94GHz、140GHz 和 220GHz 附近，可用帶寬分別在 15GHz、20GHz、25GHz、60GHz左右。可以看出，任何一個毫米波窗口的可用帶寬幾乎都包含了釐米波頻段的整個頻段。這些寬頻帶的利用十分有利於雷達目標探測與識別的開發應用。毫米波的特性決定了毫米波雷達具有波長短、頻帶寬、體積小、重量輕、機動性能好等特點。在同樣天線口徑下，毫米波雷達具有以下優點:易於實現窄波束、低副瓣、高增益，在目標識別上能提供良好的精度和分辨力；能提聞低角探測的精度，有效抑制多路徑效應和雜波幹擾；窄波束還可提聞雷達系統抗幹擾能力。
[0005]雙頻正交極化天線作為一種接收和發射電磁波的設備，是整個毫米波雷達系統中的一個關鍵部件。這種天線集合了雙頻天線和正交極化天線的優點，不僅能大大提高天線的性能，而且減少了通信系統所需天線的數目，很大程度上能降低系統的成本。然而雙頻正交極化天線在研究和設計上有較大的困難與挑戰:一方面要求天線具有雙頻特性，且每個頻帶又要求一定的帶寬。另一方面對天線的每個頻段還提出了極化的要求，要麼是不同的頻段工作於不同的極化特性，要麼每個頻段都要具有正交極化的特性，而且要求具有較高的隔離度。目前都採用微帶耦合饋電、多層貼片結構和正交模耦合器實現雙頻正交極化。
[0006]但是，對於微帶天線，本身存在埠隔離度差，增益較低，不適用於大型反射面天線的饋源；而正交模耦合器往往內部結構複雜，尤其對於毫米波波段，器件尺寸小，器件難以加工，成本較高，且複雜的內部結構易導致後期使用與測試過程中存在較多的不穩定因素，影響器件的整體性能。因此有必要設計一種用於毫米波波段、高增益、較易加工的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線。
【發明內容】
[0007]為解決上述問題，本發明公開了一種雙頻正交極化高隔離度喇叭天線。
[0008]為解決上述問題，本發明採用的方法是:一種雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，包括圓錐喇叭，在喇叭上設置有兩個相互垂直的高頻饋電埠和低頻饋電埠，在所述的高頻饋電埠和低頻饋電埠分別設置有方波導進行饋電，所述的方波導與所述的高頻饋電埠和低頻饋電埠進行過渡連接，其中低頻饋電埠水平設置並與水平設置的方波導連接，高頻饋電埠豎直設置並與豎直設置的方波導連接，在所述的喇叭的水平側壁上設置有對穿小孔，小孔的位置設置在水平波導的中心線上，在所述的對穿小孔內設置有金屬長銷，在所述的豎直設置的波導上設置有調配螺釘。
[0009]作為本發明的一種改進，所述的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線還包括一個外部殼體，在外部殼體上設置有一個與水平波導連接的法蘭以及一個與豎直波導連接的法蘭。
[0010]作為本發明的一種改進，所述的調配螺釘一端與豎直設置的波導相連接，另一端伸出所述的外部殼體，並可通過伸出外部殼體的部分調節。
[0011]有益效果:
[0012]本發明的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，結構簡單使用方便，性能優越，埠隔離度高頻高於40dB，低頻高於IOOdB,增益低頻大於10dB，高頻大於20dB，電壓駐波比優於
1.2，適用於毫米波氣象雷達，且結構相對簡單，加工較容易實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是雙頻正交極化高隔離度喇叭天線結構示意圖；
[0014]圖2是雙頻正交極化高隔離度喇叭天線外部裝配圖；
[0015]圖3是可通過外部調節的調配螺釘結構示意圖；
[0016]圖4是喇叭天線裝配圖沿與水平波導寬邊平行的中心線剖分的A部分剖面圖；
[0017]圖5是該喇叭天線裝配圖沿與水平波導寬邊平行的中心線剖分的B部分剖面圖；
[0018]圖6是該雙頻正交極化高隔離度喇叭天線的仿真S參數曲線在Ka波段的參數圖；[0019]圖7是該雙頻正交極化高隔離度喇叭天線的仿真S參數曲線在W波段的參數圖；
[0020]圖8是該雙頻正交極化高隔離度喇叭天線的電壓駐波比在Ka波段曲線圖；
[0021]圖9是該雙頻正交極化高隔離度喇叭天線的電壓駐波比在W波段曲線圖；
[0022]圖10是該雙頻正交極化高隔離度喇叭天線35GHz的增益方向圖；
[0023]圖11是該雙頻正交極化高隔離度喇叭天線94GHz的增益方向圖；
[0024]圖12是圓錐喇叭接正交矩形波導結構參數示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本發明，應理解下述【具體實施方式】僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語「前」、「後」、「左」、「右」、「上」和「下」指的是附圖中的方向，詞語「內」和「外」分別指的是朝向或遠離特定部件幾何中心的方向。
[0026]如圖1所述的一種雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，包括圓錐喇叭5，在喇叭上設置有兩個相互垂直的高頻饋電埠和低頻饋電埠，在所述的高頻饋電埠和低頻饋電埠分別設置有方波導進 行饋電，所述的方波導與所述的高頻饋電埠和低頻饋電埠進行過渡連接，其中低頻饋電埠水平設置並與水平方波導2連接，高頻饋電埠豎直設置並與豎直方波導I連接。
[0027]在所述的喇叭的水平側壁上設置有對穿小孔，小孔的位置設置在水平波導I的中心線上，在所述的對穿小孔內設置有金屬長銷3，在所述的豎直方波導I上設置有調配螺釘4。
[0028]所述的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線還包括一個外部殼體如圖2所示，在外部殼體上設置有一個與水平波導2連接的法蘭6以及一個與豎直波導I連接的法蘭7。
[0029]進一步地，所述的調配螺釘4 一端與豎直波導I相連接，另一端伸出所述的外部殼體，並可通過伸出外部殼體的部分調節，調配螺釘4的結構示意圖如3所示。
[0030]下面結合具體的數值對本發明作進一步地說明，本發明的實施例以毫米波氣象雷達資料最常用的兩個窗口頻段，35GHz (8.6mm)和94GHz (3.2mm)進行說明。
[0031]本實施例中水平方波導2採用WR-28波導，其寬邊長度為7.112mm，窄邊長度為
3.556mm ;豎直波導I採用WR-10波導，寬邊長度為2.54mm,窄邊長度為1.27mm。
[0032]圖12是該饋源圓錐喇叭接正交矩形波導結構參數示意圖。其主要參數有口面直徑D、喇叭錐高L。圓錐喇叭的口徑D根據式
[0033]O =.88 ' 44(I)
碼.1 ^Ol
[0034]為-1OdB波瓣寬度。為了確保低頻35GHz獲得足夠增益，計算時理應取，=Smm ；
但是，對於高頻94GHz，喇叭口徑越大，必然導致方向圖波瓣寬度越窄，從而加載拋物面後，邊緣照射電平較低，口徑場分布不均勻，導致反射面口徑利用因數較低，影響拋物面天線在高頻上的增益效果。因此，在實際設計中，無論使用何種拋物面結構，在設計饋源時，必須權衡好高頻與低頻的性能，選擇合適的喇叭口徑D，同時可以較好的抑制高次模的產生。
[0035]在確定口徑D後，根據式:
【權利要求】
1.一種雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，其特徵在於:包括圓錐喇叭，在喇叭上設置有兩個相互垂直的高頻饋電埠和低頻饋電埠，在所述的高頻饋電埠和低頻饋電埠分別設置有方波導進行饋電，所述的方波導與所述的高頻饋電埠和低頻饋電埠進行過渡連接，其中低頻饋電埠水平設置並與水平方波導連接，高頻饋電埠豎直設置並與豎直方波導連接，在所述的喇叭的水平側壁上設置有對穿小孔，小孔的位置設置在水平波導的中心線上，在所述的對穿小孔內設置有金屬長銷，在所述的豎直設置的波導上設置有調配螺釘。
2.根據權利要求1所述的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，其特徵在於:所述的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線還包括一個外部殼體，在外部殼體上設置有一個與水平波導連接的法蘭以及一個與豎直波導連接的法蘭。
3.根據權利要求2所述的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，其特徵在於:所述的調配螺釘一端與豎直設置的波導相連接，另一端伸出所述的外部殼體，並可通過伸出外部殼體的部分調節。
【文檔編號】H01Q13/02GK203733943SQ201420081936
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2014年2月26日
【發明者】葛俊祥, 夏寒, 周勇, 於兵 申請人:南京信息工程大學