专利名称：低频超宽带紧缩场馈源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超宽带紧缩场馈源，既可以用于接收也可以用于发射无线电波。主要用于紧缩场测试，一方面可以作为紧缩场静区检测馈源，一方面用于普通天线和RCS测量。另外，该馈源也可以用作电子侦察、电子干扰以及探地雷达等超宽带无线电设备的终端天线以及超宽带通信的基站天线。
背景技术：
紧缩场馈源与紧缩场技术的产生和发展密切相关，紧缩场是用来测试目标的远场特性的，如天线方向图，目标的雷达散射截面等，紧缩场是优良的室内测试场地，各个先进国家都不惜重金给予大力发展。紧缩场的性能很大程度上决定与紧缩场馈源的性能，要拥有高性能的紧缩场测试系统首先必须要有高性能的紧缩场馈源。紧缩场对馈源的主要要求是E面H面对称；并且在对应静区的照射角内，方向图要非常平滑，锥削要尽可能的小；较低的驻波比；很低的交叉极化；稳定的相位中心；尽量宽的频带。
目前国内外紧缩场馈源采用较多的是波纹喇叭，波纹喇叭具有符合紧缩场要求的高性能，但是波纹喇叭的高性能是利用了喇叭壁上槽激励起的高次模与主模叠加形成的，由于槽深是固定的很难做到很宽的频带，一般实际应用在紧缩场中的波纹喇叭带宽不超过2∶1。另外，当应用于低频时，按照缩比原理等比例放大的波纹喇叭将变得非常笨重，不利于实际测量中使用，特别是应用在紧缩场静区检测时馈源的质量每增加一点都是对静区检测用扫描架的沉重负担。采用超宽带的蝶形天线在0.4-3GHz范围内则可以避免在实际应用中采用数个笨重的波纹喇叭。
采用脊波喇叭或者脊波喇叭与波纹喇叭的混合喇叭可以展宽频带，国外采用的实例为MAAS(microwave and antenna systems)公司设计出8-18Ghz的T形槽(ring-loaded)波纹喇叭天线，采用同轴馈电一双脊一波纹喇叭的结构，利用双脊展宽天线频带，利用波纹喇叭实现整个天线对方向图的要求。该公司还设计了用于单脉冲反射面馈源的四脊喇叭(quad-ridged horn)，其口面尺寸是最低频率对应波长的1/4，能在3倍频程(最高频率与最低频率之比)内获得较好的电气性能，在4倍频程内回波损耗小于-8dB.其它国内外的天线制造厂商也分别制造了各种性能优良的喇叭天线作为紧缩场馈源，但是无论是哪种喇叭，应用于低频时都存在体积较大，质量较重使用安装不方便的问题。
Albert K.Y.Lai等提出了一种新型超宽带天线，这种天线利用了超宽带领结形天线和槽线电路板天线的结合，通过蝶形天线的张角和平面角分别控制该超宽带天线的E面和H面的主瓣波束宽度。该超宽带天线如果应用于低频段具有质量轻，电性能好的特点，但是该天线使用的Y-Y过渡巴伦结构对槽线和微带线的加工精度要求非常高，槽线的宽度只有0.035mm，而巴伦结构对尺寸尤其是Y-Y型接头部分非常敏感。另外领结型天线与0.035mm宽的槽线的平滑对接也有很大的难度，而且该天线应用到低频段时电尺寸仍然显得过大。
因此，实现低频超宽带紧缩场用馈源的体积小，质量轻，低成本，高性能是很有意义的。
发明内容
本发明提出了一种新型的低频超宽带紧缩场馈源，该馈源具有体积小，质量轻，低成本，高性能的突出优点，并且完全满足紧缩场对馈源的各项要求。另外该天线具有很宽的阻抗带宽，可以用于其它需要超宽带小型化天线的领域中。
本发明的构思如下本发明主要是利用蝶形天线具有超宽带的特点，将蝶形天线作为天线的辐射部分，利用带状线转槽线的超宽带巴伦结构作为蝶形天线的馈电部分，从而使整个馈源具有超宽带特性。由于蝶形天线和馈电结构的质量都比较轻，因此整个馈源质量也比较轻。只要对蝶形天线和馈电部分设置合理的参数就可以达到整个馈源要求的参数。
根据上述发明的构思，本发明采用如下技术方案一种低频超宽带紧缩场测试用馈源，包括两块介质基板，两片弯成指数形的金属板，两块侧金属板，一块后金属板。具体结构为两块介质基板上加工有带状线到槽线的过渡巴伦结构，在该过渡巴伦结构中，槽线的宽度选取在使槽线特性阻抗在45欧姆到50欧姆之间的任一值，槽线的终端为一个直径为槽线宽度20倍的圆形槽，该圆形槽作为槽线的开路端，槽线的另一端于蝶形天线的始端相接；带状线的宽度选取为使带状线在过渡处的特性阻抗为60欧姆到75欧姆之间的任一值，带状线的终端为一个直径比槽线圆略大的扇形面，扇面的圆心角为76度，该扇形面作为带带状线的开路端。利用开路短路的概念实现从带状线到槽线的过渡。
两片弯成指数形的金属板构成馈源的辐射部分也就是蝶形天线，它们被焊接在两块介质板上，蝶形天线由展开图为梯形的平面金属板弯成指数形，在指数曲线的结束部分弯成圆形实现指数曲线到侧板的平滑过渡，当选取合适的指数线方程时，可以实现特性阻抗为50欧姆的槽线到特性阻抗为377欧姆的自由空间的快速过渡而又不产生较大的能量发射，经过仿真和实验后发现指数曲线方程选为y＝9.86*e0.01*x-9.36时，能够较好的实现特性阻抗快速过渡而且不产生较大反射，这就为天线尺寸的大大减小提供了条件。在指数曲线的终端如果直接与侧板相连接将导致整个馈源的旁瓣和后瓣较大，因此采用圆弧形过渡，一方面对天线的整体尺寸增大不明显，一方面又能够有效避免馈源的旁瓣和后瓣过大。当蝶形天线的长宽高的比例为4∶5∶4时，整个馈源可以实现E面与H面方向图对称。
两侧的侧板用来加固整个天线结构并且提供拆卸天线的把手，方面测试安装。两侧金属板可以导引蝶形天线终端的电磁波因而进一步展宽整个天线低频段的频带。
后板用来安装SMA接头法兰或N型接头法兰，并且在一定程度上抑制后向辐射。
本发明与现有技术相比的优点1.将紧缩场测试用馈源的频率降低至0.4GHz，原来紧缩场一般应用于2GHz以上的测试，相应的于之相配套的馈源频率一般也在2GHz以上，随着紧缩场技术的发展，紧缩场用户对紧缩场应用的下边频要求不断降低，该馈源为紧缩场应用下边频的降低提供了先决条件。
2.采用蝶形天线作为馈源的辐射主体，在紧缩场测试的低频段(＜3GHz)整个馈源的尺寸只有350×300×240mm3，比按照高频段波纹喇叭等比放大得到的馈源小5倍以上。在测量中的应用将十分方便。
3.整个天线由于蝶形天线和馈电结构都具有超宽带的特性，因此整个天线具有超宽带特性，避免了在测试过程中随着频率的变化而频繁的更换馈源，提高了测试的效率。
4.该馈源的电性能主要取决于蝶形天线和馈电结构，当应用于紧缩场静区特性检验的扫描架时可以进一步对侧金属板和后金属板减重，使整个馈源的质量小于1kg，远远小于应用于该波段各种喇叭馈源的重量。
5.该天线的馈电部分由SMA转带状线再经过带状线到槽线的巴伦过渡结构实现平衡馈电，在理论上只要天线加工精度达到要求天线的E面和H面的交叉极化都是非常低的。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明蝶形天线展开示意图。
图3是本发明馈电部分示意图，其中图(a)为馈电部分的顶层和底层示意图(b)为馈电部分中间层示意图(c)为馈电部分的侧视图。
图4是本发明的实物照片图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例参见图1。图中1为蝶形天线，图中2为蝶形天线馈电结构，图中3为两侧的金属板，图中4为后金属板。整个紧缩场馈源由这四部分组成。
蝶形天线由图2所示的平面金属板弯成，它由参数l1，l2，l3，l4，l5共同决定，其中l1为整个弯折前蝶形天线平面金属板的总长度，l2为指数线到侧板的圆弧过渡段长度，l5为整个蝶形天线的宽度。蝶形天线指数部分的选取决定着整个天线的辐射性能，适当得选取指数曲线方程可以大大减小天线的电尺寸，提高整个馈源的辐射性能，并使整个天线具有很宽的阻抗带宽。经过合理设计优化取弯折指数线的方程为y＝9.86*e0.01*x-9.36。
参见图3，图3是蝶形天线的馈电部分。
该馈电部分由带状线转槽线的超宽带巴伦结构和为了固定蝶形天线而延长的延长部分构成。图中1为金属层，2为介质层。带状线的结构主要由中间导体决定，选定中间导体宽度w1，使整个带状线特性阻抗为50欧姆，导体宽度w2选定为使整个带状线特性阻抗为75欧姆，带状线中心导体的终端为一个直径为28mm，圆心角为76度的扇形面。槽线宽度w3选定为使整个槽线的特性阻抗为55欧姆，槽线的终端为直径为20mm的槽线圆。为固定蝶形天线的延长部分要求与蝶形天线的侧面共形从而方便蝶形天线焊接在整个馈电结构上。参见图4，为整个馈源的实物部分，两块侧金属板用来支持整个馈源结构并起到展宽低频带宽的作用，后侧金属板与两侧金属板相连接可以加固整个天线结构，另外，后侧金属板可以安装SMA法兰，并且在抑制整个天线的后向辐射。
权利要求
1.一种超宽带紧缩场馈源，包括馈源辐射部分的超宽带蝶形天线，为蝶形天线馈电的超宽带巴伦结构，两侧的金属板和后金属板，其特征在于蝶形天线E面采用的是特定指数线形曲线张开，在指数线的终端采用圆弧形曲线张开，H面采用直线张开。
2.如权利要求1所述的超宽带紧缩场馈源，其特征在于蝶形天线的长宽高的比例为4∶5∶4。
3.如权利要求1所述的超宽带紧缩场馈源，其特征在于蝶形天线的辐射平面为按照固定指数曲线渐变的曲面，曲线的方程为y＝9.86*e0.01*x-9.36。
4.如权利要求1所述的超宽带紧缩场馈源，其特征在于蝶形天线的馈电采用的带状线转槽线的过渡巴伦结构，槽线的宽度选取在使槽线特性阻抗在45欧姆到50欧姆之间的任一值，槽线的终端为一个直径为槽线宽度20倍的圆形槽，在另一端于蝶形天线的始端相接；带状线的宽度选取为使带状线在过渡处的特性阻抗为60欧姆到75欧姆之间的任一值，带状线的终端为一个直径比槽线圆略大的扇形面，扇面的圆心角为76度。
5.如权利要求1所述的超宽带紧缩场馈源，其特征在于该馈源的辐射部分可以是带状线结构也可以是微带线结构。
6.如权利要求1所述的超宽带紧缩场馈源，其特征在于用作0.4-3GHz的紧缩场馈源。
7.如权利要求1所述的超宽带紧缩场馈源，其特征在于采用两侧的金属板固定中间馈电结构部分的电路，使整个天线结构稳定，不易变形，并且展宽低频段的带宽。
8.如权利要求1所述的超宽带紧缩场馈源，其特征在于采用的两侧的金属板的金属选自铝、铁、锡、铜、银、金、铂，或上述金属的合金。
9.如权利要求1所述的超宽带紧缩场馈源，其特征在于采用后金属板一方面加固天线结构，一方面固定为天线馈电的SMA接头或N型接头，并且该后金属板可以在一定程度上降低天线的后向辐射。
10.如权利要求1所述的超宽带紧缩场馈源，其特征在于后金属板采用的金属选自铝、铁、锡、铜、银、金、铂，或上述金属的合金。
11.如权利要求1所述的超宽带紧缩场馈源，其特征在于微带线或带状线部分所述的金属选自铝、铁、锡、铜、银、金、铂，或上述金属的合金。
12.如权利要求1所述的超宽带紧缩场馈源，其特征在于蝶形天线采用金属制造，金属选自铝、铁、锡、铜、银、金、铂，或上述金属的合金。
13.如权利要求1所述的超宽带紧缩场馈源，其特征在于微带线或带状线部分所述的印刷电路板材选自FR-4、聚铣亚胺、聚四氟乙烯玻璃布或共烧陶瓷。
全文摘要
本发明涉及一种低频超宽带紧缩场馈源，包括一个蝶形天线，蝶形天线的馈电部分，两侧的固定金属板，后金属板。该馈源的辐射部分主要依靠蝶形天线，馈电部分由SMA接头转带状线和带状线转槽线的巴伦结构构成。利用指数渐变的蝶形天线的宽频带特性和馈电部分的宽频带特性实现整个馈源的宽频带特性。整个天线阻抗带宽为0.1G－3GHz，在0.1GHz时整个天线的长、宽、高均不超过0.12个波长，为电小尺寸天线。该馈源的工作频带宽0.4G－3GHz，在工作带宽内，该馈源具有E面H面方向图对称，交叉极化低，相位中心稳定，电尺寸小的特点，另外，作为低频馈源，该馈源的突出特点是体积小，质量轻，加工简便，制造成本低。
文档编号H01Q13/08GK101013772SQ20061011296
公开日2007年8月8日 申请日期2006年9月13日 优先权日2006年9月13日
发明者王正鹏, 李鹏程, 何国瑜, 李凤先 申请人:北京航空航天大学