雙極化寬頻帶近場測量探頭的製作方法

2023-04-30 09:13:51

專利名稱：雙極化寬頻帶近場測量探頭的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種雙極化寬頻帶近場測量探頭，特別適用於毫米波段設計和加工高精度、低交叉極化的雙極化寬頻帶近場測量探頭。
背景技術：
近場測量方法是天線測量的重要手段，它可以在近距離獲得天線遠場性能參數，是天線輻射特性測試的重要方法。在近場測量系統中，人們關心的是怎樣才能減少測量時間。用移動的單探頭掃描花費的時間很長，尤其是對大型天線進行測量時。當測量點數增加時，要測量電磁場的水平、垂直2個分量並記錄所有的幅相參數值，這個過程會導致相當多的數據。探頭對近場測試系統電氣性能有很大影響。近場測試系統的探頭在照射角範圍 內，遠場輻射方向圖需要具有良好的軸對稱特性，方向圖的E面和H面要求儘量平坦且具有較低的交叉極化。目前近場測量系統中的雙極化測量主要通過兩種方式來實現(I)利用單極化探頭的機械轉動來實現雙極化；(2)直接利用雙極化探頭實現。雙極化探頭在測試過程中不需要機械調節，具有測試方便、測試速度快的優點，但要求探頭具備低交叉極化、寬頻帶特性以及小的口徑尺寸。為實現這些特性，該雙極化類探頭設計難度大，設計成本聞。雙極化探頭常採用平衡饋電和非平衡饋電兩種形式。平衡饋電探頭易實現寬頻帶低交叉極化特性，但其饋電結構複雜，常常需要寬頻帶高性能的電橋實現。寬頻帶電橋設計本身就存在難度，特別在毫米波頻段，連接電橋和天線饋電端電纜的相位差更難以控制。因此，這種形式的探頭很難在毫米波段實現。非平衡饋電探頭雖然解決了饋電複雜的問題，但其很難做到寬頻帶內的低交叉極化特性。傳統四脊喇叭雙極化探頭採用波導形式，在四壁上制有四條脊曲線。四條脊曲線形成兩個脊曲線對，每個曲線對實現一個極化。對每對脊曲線饋電時，在曲線對其中一條脊曲線上打一個直徑為空氣填充的同軸連接器外導體直徑相等的孔，將連接器的內導體探針從孔中穿過去與曲線對另一脊曲線相連，完成一個極化的饋電，另一個極化饋電方式與此相同。雖然這種雙極化探頭可以實現雙極化特性，但由於其饋電結構的非對稱性，造成兩個極化方向的饋電性能匹配不一致，使其交叉極化不高。在毫米波頻段，為實現四脊喇叭雙極化探頭在較寬頻帶內方向圖對稱，四脊喇叭的脊厚度要求很薄，脊厚度小於為脊饋電電連接器的外導體直徑。按照傳統的四脊喇叭饋電方式需要在脊上打孔，將電連接器內導體穿過去，才能對其進行饋電。對於毫米波四脊喇叭由於脊太薄無法在脊上打孔饋電，無法按照此種方法實現饋電。因此，導致傳統的雙極化探頭形式不再適合毫米波段寬頻帶波近場測試工程應用，研製高性能的毫米波雙極化寬頻帶近場測量探頭是目前工程應用中面臨的一個難題。為了減少了測量時間，現有技術採用了代替單探頭技術的探頭陣列。該探頭陣列由4個雙極化印刷振子組成寬頻帶直線陣列，由兩個單線極化印刷振子垂直交叉組成雙極化印刷振子作為陣列單元，再將4個雙極化印刷振子天線排成直線陣列。該探頭陣列雖然提高了陣列單元間的隔離度，單元間的互耦較小。但帶來的問題是探頭陣列和待測天線之間的影響以及探頭之間的互耦。在近場測量中，待測天線和探頭之間的影響關係到探頭的精度，在測量中很難補償這種作用。由於探頭陣列的尺寸比單探頭要大，探頭陣列和待測天線的互耦也會變得很大，探頭陣列中探頭之間的耦合會影響測量的精度。對於探頭陣列的使用來說，減小陣列中探頭之間的互耦是最重要、最關鍵的。

發明內容
本發明的任務是針對傳統雙極化探頭存在的不足之處，提供一種具有寬頻帶、交叉極化低、饋電簡單、功率容量大、易於加工的雙極化寬頻帶近場測量探頭。本發明解決技術問題所採用的技術方案是一種雙極化寬頻帶近場測量探頭，包括，一個沿長度方向口徑漸變的矩形波導和在所述矩形波導壁上設置的由四條脊曲線構成的四脊喇叭脊曲線對，每對脊曲線形成一個方向極化，其特徵在於，在所述矩形波導兩個脊 曲線對的交匯起始端，固聯有對兩個脊曲線對進行饋電的饋電金屬隔板4，寬帶正交模耦合饋電連接器5正交於四脊曲線矩形延伸孔槽的短路端，寬帶正交模耦合饋電連接器5上的探針通過柱形歐姆傳輸線饋電導體，交聯於兩個脊曲線對尾部交匯饋電點構成饋電結構。本發明相比於現有技術具有如下有益效果。本發明通過一端短路，另一端開路構成的四脊喇叭近場波導探頭上，設置沿長度方向漸變的矩形波導，在漸變的波導壁上設置四條指數脊曲線，每對脊曲線形成一個方向極化，利用波導壁上的四條脊曲線實現寬頻帶雙極化性能，採用兩對脊曲線交匯端固聯的 波導端接饋電金屬隔板來降低天線的交叉極化，提高了探頭的交叉極化性能，同時採用在寬帶正交模耦合饋電連接器的探針上添加一段模擬50間距的柱形歐姆傳輸線饋電導體構成的饋電結構，實現對脊曲線的饋電，解決了寬帶近場測試系統雙極化探頭在毫米波段加工困難，交叉極化性能低的難題。由於脊曲線交匯端波導端接金屬隔板的加入，使得探頭在18GHz 40GHz頻帶內交叉極化低於-40dB。毫米波由於其電尺寸較小，探頭的尺寸也較小，這就給傳統探頭的加工帶來困難。本探頭採用柱形歐姆傳輸線饋電導體構成的饋電結構，解決了毫米波波段由於脊太薄無法在脊上打孔，模擬50歐姆傳輸線給脊喇叭饋電的問題。該探頭採用機械加工完成，且解決了給脊饋電的問題，目前的機械加工精度能夠保證探頭的公差要求，免去了調試的工作量。與平衡饋電的探頭相比，該探頭饋電簡單。同時由於選用了波導器件，該探頭具有寬頻帶、低交叉極化、饋電簡單、功率容量大、結構簡單，易於加工，能夠一體化加工完成，適用於毫米波段的高性能近場測試系統雙極化探頭。


圖I本發明雙極化寬頻帶近場測量探頭的結構主視圖。圖2是圖I的俯視圖。圖3是圖I的右視圖。圖4是圖I饋電結構及兩脊間隔板的放大示意圖。圖5是圖4的俯視圖。圖中1方波導，2第一脊曲線對，3第二脊曲線對，4饋電金屬隔板，5帶正交模耦合饋電連接器，6匹配短路塊，7方波導短路端後腔，8第二脊曲線對饋電內導體，9第二脊曲線對饋電外導體，10饋電導體，11脊曲線對脊間距孔槽。
具體實施例方式參閱圖I、圖2、圖3。在以下描述的實施例中，雙極化寬頻帶近場測量探頭，具有一個沿長度方向口徑漸變的矩形波導，本實施例採用的矩形波導為方波導，它是一端短路，另一端開路構成的方波導1，其端短路和開路端的 截面都是一個矩形。短路端有匹配短路塊
6。在四脊曲線的交匯端固聯有一個波導端接的饋電金屬隔板4。四條指數型脊曲線設置在漸變的波導壁上，構成兩個脊曲線對。第一脊曲線對2指數脊型曲線沿方波導I長度方向口徑漸變，向後延伸交匯於短路端，第二脊曲線對3的指數型脊曲線位於第一脊曲線對2指數型脊曲線之間，並與第一脊曲線對2構成四脊喇叭形狀。每對脊曲線形成一個方向極化，四條指數脊曲線構成兩個脊曲線對，形成兩個方向極化。在每對脊曲線靠近短路端處進行饋電。寬帶正交模耦合饋電連接器5正交於四脊曲線矩形延伸孔槽的短路端，寬帶正交模耦合饋電連接器9上的探針通過柱形歐姆傳輸線饋電導體，交聯於兩個脊曲線對尾部交匯饋電點構成饋電結構，靠近兩個脊曲線對起始端對兩個脊曲線對進行饋電。這就構成了寬帶雙極近場測量探頭。參閱圖4、圖5。圖4是圖I饋電結構及兩脊間隔板的放大示意圖。在以下描述的實施例中，探頭饋電部分主要由位於方波導短路端後腔7中的匹配短路塊6和兩對脊曲線對的激勵和波導端接饋電金屬隔板4構成。饋電結構採用在連接器的探針上添加外導體5，模擬一段50歐姆傳輸線。將連接器直接插到脊曲線的空隙處，內導體連接脊曲線對中一條曲線，外導體與脊曲線對另一條曲線相連，實現對脊曲線的饋電。同時在方波導短路端處利用後腔的短路塊6調節匹配。帶正交模耦合饋電連接器5對第一脊曲線對2進行饋電，實現探頭其中一個極化的激勵。在靠近脊曲線對2的起始端，相連帶正交模耦合饋電連接器5中心上的探針柱形歐姆傳輸線饋電導體由圍繞饋電導體10填充的絕緣介質組成。饋電導體10穿過脊曲線對脊間距孔槽11與脊曲線對2的脊曲線交聯。饋電導體10模擬一段50歐姆傳輸線，在脊曲線對的兩條曲線間激勵起一種極化的場。加工時只需將饋電導體10外導體部分佔據脊部分去掉與剩下的脊部分電連接，因此無需在對應的脊上打孔。而傳統的四脊喇叭在此處饋電，在與饋電導體10外導體相連的脊上打一個饋電導體10直徑大小的孔。在毫米波頻段，脊的厚度可能小於饋電導體10的外導體直徑，因此用這種饋電方法可以解決毫米波頻段由於脊太薄，無法在脊上打孔實現饋電的問題。在靠近脊曲線對3的起始端，同樣設有與位於脊曲線對脊間距孔槽11尾部，形狀結構相同，位於同一直線槽孔內的圓柱形饋電導體，第二脊曲線對饋電內導體8穿過第二脊曲線對的脊間距孔槽11與脊曲線對3的一條脊曲線交聯，第二脊曲線對圓柱形第二脊曲線對饋電外導體9與脊曲線對3另外一條脊曲線交聯。第二脊曲線對饋電內導體8與第二脊曲線對饋電外導體9中間填充絕緣介質，模擬一段50歐姆傳輸線，在脊曲線對的兩條曲線間激勵起一種極化的場。與第二脊曲線對饋電外導體9相連的第二脊曲線對3的脊曲線，同樣只需將外導體部分佔據脊部分去掉，將外導體與剩下的脊部分電連接，無需在對應的脊上打孔，實現對第二脊曲線對的饋電。第二脊曲線對3的饋電方式與第一脊曲線對2的饋電方式相同。同時可以利用在方波導短路端處後腔的短路塊6調節埠駐波匹配。兩個脊曲線對饋電的具體位置應根據兩個埠的駐波匹配確定。本發明構成的寬帶雙極近場測量探頭，當一種極化的模式傳輸時，由于波導端接金屬隔板4的存在，對其正交極化的模式有截止作用和降低探頭交叉極化的作用。由于波導端接金屬隔板4在兩個脊曲線對的饋電點中間，它的存在對兩個埠的匹配有很大影響，通過調節波導起始端接金屬隔板4的厚度、長度和與所述脊曲線對尾部的兩個饋電點的距離，可以調節兩個埠的駐波匹配。以上結合附圖對本發明進行了詳細描述，但需要指出的是，上述實施例所描述的是僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發 明可以有各種更改和變化，比如本發明的方波導I可以是長方形波導，將此種饋電方式應用在脊喇叭的饋電中等，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。
權利要求
1.一種雙極化寬頻帶近場測量探頭，包括，一個沿長度方向口徑漸變的矩形波導和在所述矩形波導壁上設置的由四條脊曲線構成的四脊喇叭脊曲線對，每對脊曲線形成一個方向極化，其特徵在於，在所述矩形波導兩個脊曲線對的交匯起始端，固聯有對兩個脊曲線對進行饋電的饋電金屬隔板(4)，寬帶正交模耦合饋電連接器(5)正交於四脊曲線矩形延伸孔槽的短路端，寬帶正交模耦合饋電連接器(5)上的探針通過柱形歐姆傳輸線饋電導體，交聯於兩個脊曲線對尾部交匯饋電點構成饋電結構。
2.如權利要求I所述的雙極化寬頻帶近場測量探頭，其特徵在於，所述的矩形波導是一端短路，另一端開路構成的方波導(I )，其端短路和開路端的截面都是一個矩形。
3.如權利要求2所述的雙極化寬頻帶近場測量探頭，其特徵在於，第一脊曲線對(2)指數脊型曲線沿方波導(I)長度方向口徑漸變，向後延伸交匯於短路端，第二脊曲線對(3)的指數型脊曲線位於第一脊曲線對(2)指數型脊曲線之間，並與第一脊曲線對(2)構成四脊喇叭形狀。
4.如權利要求I所述的雙極化寬頻帶近場測量探頭，其特徵在於，帶正交模耦合饋電連接器(5 )對第一脊曲線對(2 )進行饋電，實現探頭其中一個極化的激勵。
5.如權利要求I所述的雙極化寬頻帶近場測量探頭，其特徵在於，在靠近脊曲線對(2)的起始端，相連帶正交模耦合饋電連接器(5)中心上的探針柱形歐姆傳輸線饋電導體由圍繞饋電導體(10)填充的絕緣介質組成。
6.如權利要求I所述的雙極化寬頻帶近場測量探頭，其特徵在於，第二脊曲線對饋電內導體(8)穿過第二脊曲線對的脊間距孔槽(11)與脊曲線對(3)的一條脊曲線交聯，第二脊曲線對圓柱形第二脊曲線對饋電外導體(9)與脊曲線對(3)另外一條脊曲線交聯，在脊曲線對的兩條曲線間激勵起一種極化的場。.
7.如權利要求I所述的雙極化寬頻帶近場測量探頭，其特徵在於，調節波導起始端接金屬隔板(4)的厚度、長度和與所述脊曲線對尾部的兩個饋電點的距離，可以調節兩個埠的駐波匹配。
全文摘要
本發明提出的一種雙極化寬頻帶近場測量探頭，包括，一個沿長度方向口徑漸變的矩形波導和在所述矩形波導壁上設置的由四條脊曲線構成的四脊喇叭脊曲線對，每對脊曲線形成一個方向極化，在所述矩形波導兩個脊曲線對的交匯起始端，固聯有對兩個脊曲線對進行饋電的饋電金屬隔板(4)，寬帶正交模耦合饋電連接器(5)正交於四脊曲線矩形延伸孔槽的短路端，寬帶正交模耦合饋電連接器(9)上的探針通過柱形歐姆傳輸線饋電導體，交聯於兩個脊曲線對尾部交匯饋電點構成饋電結構。本發明利用新型的饋電方式及天線採用在漸變波導壁上脊曲線的形式，具有雙極化探頭工作頻帶寬、饋電結構簡單、交叉極化低、損耗小，功率容量較大的特性。
文檔編號G01R29/10GK102735950SQ20121020149
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年6月18日
發明者于慧娟, 何海丹, 楊順平 申請人:中國電子科技集團公司第十研究所