专利名称：一种后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线的制作方法
技术领域：
本发明属于微波毫米波信号处理技术领域，涉及毫米波天线，尤其是毫米波宽带喇叭天线。
背景技术：
随着毫米波技术的发展，其在航空航天，气象通讯及现代军事系统中的作用越来越重要， 喇叭天线由于其功率容量大，频带宽，增益高，方向性好，在该领域得到充分的应用和发展， 通常用来作为独立的天线和馈源使用。为了扩展天线的工作频段，需要对喇叭天线加脊。
目前广泛使用的毫米波双脊喇叭天线(如图1所示)，为一种直插式双脊喇叭天线，其同 轴馈电探针都是垂直于波导E面插入，探针后l/4处加短路板，形成后腔。这种结构的设计 思路是把同轴线探针看成一个发射天线在波导中激励起电磁场，由于波导的一端短路，所以 能量就只能朝一个方向传播。通过分析探针上的电流分布，计算出其输入阻抗，然后根据其 特性阻抗进行匹配。为了能够更好的匹配，探针头部要有渐变，但是当探针形状不规则时， 其表面电流分布无法准确求得，因此理论分析计算困难，造成无法进行准确有效的设计，使 得制造出来的同轴馈电部分性能较差，输入驻波较大，在毫米波和宽频段的情况下尤其如此。 另外由于其同轴接头与波导成90度夹角，在有些级联系统中连接不方便，还有当传输功率较 大时，探针顶部容易发生击穿。
发明内容
本发的目的是提供一种后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线，该天线采用后馈式结构，其同 轴线与波导处于同一轴线上，用模式变换和阻抗匹配的思想进行分析设计，能够在宽带内得 到满意的特性。该天线具有宽频带、结构紧凑、性能良好的特点。
本发明技术方案如下
一种后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线，如图3所示，包括同轴线激励部分l、脊波导部
分2和双脊喇叭部分3。所述同轴线激励部分由同轴线11、模式变换部分12和阻抗匹配部分
13顺序固定连接而成；所述模式变换部分12由一段加背脊的屏蔽平板线121和一段背脊方
同轴线122连接而成；所述加背脊的屏蔽平板线121的下金属板中间沿轴线方向开有凹槽(即
背脊)， 一端采用金属短路板封闭；所述金属短路板上开有一个耦合孔，耦合孔的孔径与同轴
线11的外导体的内径相同。所述背脊方同轴线122的下金属板中间沿轴线方向丌有凹槽(即
背脊)。所述阻抗匹配部分13为一段具有阶梯形渐变脊的双脊波导。所述脊波导部分2为一
段标准的双脊波导。所述双脊喇叭部分3的两个脊31由脊波导部分2的两个脊向外延伸至喇叭口。
所述同轴线11的外导体固定在屏蔽平板线121的金属短路板上，且保证同轴线11的外
导体与屏蔽平板线121的金属短路板上的耦合孔同心；同轴线11的内导体与加背脊的屏蔽平
板线121的内导体采用相同的材料制成相同的形状，形成一个整体，并与背脊方同轴线122 的内导体相连；屏蔽平板线121和背脊方同轴线122的屏蔽金属板采用相同的材料制成相同 的形状，形成一个整体；屏蔽平板线121和背脊方同轴线122的背脊相同。
上述方案中，所述双脊喇叭部分3的两个脊可以是呈指数曲线渐变的脊，也可以是呈多 段线性渐变的脊。为了增加加背脊的屏蔽平板线121的内导体和背脊方同轴线122的内导体 相连接的牢固性，可在背脊方同轴线122的内导体上丌孔，将加背脊的屏蔽平板线121的内 导体插入背脊方同轴线122的内导体的丌孔中，并用导电胶粘牢。所述阻抗匹配部分13的阶 梯形渐变脊由契比雪夫阻抗匹配公式计算出所需要的节数和每一节的特性阻抗，进而确定每 一节的尺寸。
本发明所提供的后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线的工作原理如下
电磁波经过同轴线11通过耦合孔从脊波导后部平行于脊波导传输方向馈入，首先进入模 式转换部分12。从结构上看，模式转换部分又分为2个不同的结构区域，首先是一段加背脊 的屏蔽平板线121，然后紧接着的部分是一段背脊方同轴线122。这两种结构都是TEM波传 输线，能够更好的进行模式转换，让电磁场能量能够更加匹配地从同轴线过渡到脊波导中。 同轴线中为TEM波，电场关于(D方向对称，均匀分布在同轴线中，经过加背脊的屏蔽平板 线时电场能量被集中到了內导体与上下金属板之间，而进入背脊方同轴线后，由于下方背脊 空间较大，电磁场能量分散，所以电场能量被进一歩集中到了内导体和上板之间。这样，主 要的电场能量就能够从同轴线中逐渐过渡到脊波导部分2的两脊之间。这两个部分下方的丌 槽(即所加背脊)目的是降低下半部分的电容，让电场集中于上半部分，达到电磁波平稳过 渡的目的，同时还能起到降低对加工精度要求的作用。
阻抗匹配部分采用多节四分之一波长阶梯阻抗变换，随着脊的增高，阻抗逐渐降低。这 样通过脊波导阶梯变换，将标准脊波导变换到低阻抗的脊波导，与同轴线以及模式变换部分 50欧姆的特性阻抗匹配，以得到满意的电压驻波比。
本发明的有益效果是该天线采用后馈式结构，电磁波从脊波导后部平行于脊波导传输 方向馈入，同轴线11与波导处于同一轴线上，可获得较小的电压驻波比；采用模式变换和阻 抗匹配的思想进行分析设计，能够在18 40GHz的宽带范围内得到满意的特性，具有宽频带、 结构紧凑、性能良好的特点。
-图1是现有的直插式双脊喇叭天线剖面示意图。
图2是本发明提供的后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线的立体示意图。 图3是本发明提供的后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线的剖面示意图。 图4是本发明提供的后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线中加背脊的屏蔽平板线121的截面 示意图。
图5是本发明提供的后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线中背脊方同轴线122的截面示意图。
具体实施例方式
一种后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线，如图1所示，包括3个部分同轴线激励部分l，
该部分包括同轴线11、模式转换部分12和阻抗匹配部分13。同轴线11的同轴接头可以是 2.4型或者2.92型同轴接头，其内导体通过耦合孔插进背脊方同轴线122的内导体内部，并 用导电胶粘牢。模式转换部分12的总长度为中心频率的四分之一波长，分为2个部分前一 段结构为加背脊的屏蔽平板线121，后一段为背脊方同轴线122，这两部分都是TEM波传输 线结构，设计时其特性阻抗都为50Q，在模式转换部分的下面金属壁上开有一矩形槽，即背 脊123。阶梯阻抗匹配部分13为一段具有阶梯形渐变脊的双脊波导，通过变换脊波导的脊高 得到不同的特性阻抗进行阻抗匹配，每一段的长度均为中心频率的四分之一波长。 脊波导部分2为标准180双脊波导。
双脊喇叭部分3的两个脊31由脊波导部分2的两个脊向外延伸至喇叭口 。所述双脊喇叭 部分3的两个脊可以是呈指数曲线渐变的脊，也可以是呈多段线性渐变的脊。
所述双脊喇叭部分3的两个脊若是呈指数曲线渐变的脊，可以在宽带内实现较为良好的 增益和方向性。然而在实际的工程设计过程中，指数型的曲线会给计算机仿真带来巨大的计 算量。仿真的时间更长，优化更难以实现。而且指数曲线加工难度大，难以保证精度，加工 一致性较差，成品率较低。
所述双脊喇叭部分3的两个脊若是呈多段线性渐变的脊，可降低加工精度要求和加工成 本，使加工更为便利， 一致性能够保证，成品率较高。实际设计时，先按照指数曲线的形式， 作出延伸脊曲线，辐射方向上以中心频率的每3/4波长为一段，取得与指数曲线的连接点，然 后将各个连接点用线性线段连接起来，这样就构成了多段线性渐变延伸脊。
本发明提供的后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线，仿真结果表明1、该天线使用频率可达 18~40GHz，相对带宽可达75.9%; 2、输入端驻波较小，功率利用率较高。
权利要求
1、一种后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线，包括同轴线激励部分(1)、脊波导部分(2)和双脊喇叭部分(3)；所述同轴线激励部分由同轴线(11)、模式变换部分(12)和阻抗匹配部分(13)顺序固定连接而成；所述模式变换部分(12)由一段加背脊的屏蔽平板线(121)和一段背脊方同轴线(122)连接而成；所述加背脊的屏蔽平板线(121)的下金属板中间沿轴线方向开有凹槽，即背脊(123)，一端采用金属短路板封闭；所述金属短路板上开有一个耦合孔，耦合孔的孔径与同轴线(11)的外导体的内径相同；所述背脊方同轴线(122)的下金属板中间沿轴线方向开有凹槽，即背脊(123)；所述阻抗匹配部分(13)为一段具有阶梯形渐变脊的双脊波导；所述脊波导部分(2)为一段标准的双脊波导；所述双脊喇叭部分(3)的两个脊(31)由脊波导部分(2)的两个脊向外延伸至喇叭口；所述同轴线(11)的外导体固定在屏蔽平板线(121)的金属短路板上，且保证同轴线(11)的外导体与屏蔽平板线(121)的金属短路板上的耦合孔同心；同轴线(11)的内导体与加背脊的屏蔽平板线(121)的内导体采用相同的材料制成相同的形状，形成一个整体，并与背脊方同轴线(122)的内导体相连；屏蔽平板线(121)和背脊方同轴线(122)的屏蔽金属板采用相同的材料制成相同的形状，形成一个整体；屏蔽平板线(121)和背脊方同轴线(122)的背脊相同。
2、 根据权利要求l所述的后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线，其特征在于，所述双脊喇叭 部分(3)的两个脊是呈指数曲线渐变的脊。
3、 根据权利要求l所述的后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线，其特征在于，所述双脊喇叭 部分(3)的两个脊是呈多段线性渐变的脊。
4、 根据权利要求l、 2或3所述的后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线，其特征在于，所述 背脊方同轴线(122)的内导体上具有丌孔，所述加背脊的屏蔽平板线(121)的内导体插入 背脊方同轴线(122)的内导体的开孔中，并用导电胶粘牢。
全文摘要
一种后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线，属于微波毫米波信号处理技术领域，涉及毫米波宽带喇叭天线。包括同轴线激励部分、脊波导部分和双脊喇叭部分；同轴线激励部分由同轴线、模式变换部分和阻抗匹配部分顺序连接而成；模式变换部分由加背脊的屏蔽平板线和背脊方同轴线连接而成；阻抗匹配部分为阶梯形渐变双脊波导；脊波导部分为标准双脊波导；双脊喇叭部分的两个脊由脊波导部分的两个脊向外延伸至喇叭口。该天线采用后馈式结构，电磁波从脊波导后部平行于脊波导传输方向馈入，同轴线与波导处于同一轴线上，可获得较小的电压驻波比；通过模式变换和阻抗匹配，能够在18～40GHz的宽带范围内得到满意的特性，具有宽频带、结构紧凑、性能良好的特点。
文档编号H01Q13/00GK101593872SQ20091005986
公开日2009年12月2日 申请日期2009年7月1日 优先权日2009年7月1日
发明者杨 周, 恩 李, 苏胜皓, 郭高凤 申请人:电子科技大学