一种基于探针馈电的宽带空心波束天线的制作方法

本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种基于探针馈电的宽带空心波束天线。

背景技术：

空心波束天线是指波瓣图在径向对称，辐射增益最大方向与轴线成一定夹角的一类天线。该类天线辐射方向具有旋转对称、覆盖角度宽、全向性等特点，在防撞雷达、自动跟踪与控制等领域具有广泛的应用前景。此外，在具有微旋运动特性载体搭载的无线电近感探测系统中，需对与运动切线方向成一定角度空间范围内的目标进行探测，空心波束天线可很好地满足上述探测要求。

现有公开文献报道的空心波束天线结构包括：文献1(rowjs,chanmc.reconfigurablecircularly-polarizedpatchantennawithconicalbeam[j].ieeetransactionsonantennas&propagation,2010,58(8):2753-2757.)使用贴片天线结构实现空心波束，但是由于波束形状及增益受辐射单元布阵影响，因此天线在辐射方向法向的尺寸难以控制，且布阵无法做到环形对称，导致方向图全向性效果不佳。文献2（linw,hangw.circularlypolarizedconical-beamantennawithwidebandwidthandlowprofile[j].ieeetransactionsonantennas&propagation,2014,62(12):5974-5982.）利用宽带单极子贴片和八个寄生回路结构实现了低剖面圆极化空心波束天线。空心波束是通过激励贴片的tm01和tm02模式实现，圆极化是通过八个寄生回路结构产生的水平极化场和垂直极化场形成的。其驻波比带宽为28%，轴比带宽为14.4%，增益为4.9dbi，因为加了八个寄生回路结构导致天线远场辐射方向图不是旋转对称的，圆度较差。文献3（wangdp,wangm,wuw,etal.designonfabry-perotantennaswithconicalbeam[c]//crossstraitquad-regionalradioscienceandwirelesstechnologyconference.ieee,2011:471-474.）设计了一款采用fabry-perot腔天线来实现空心波束，该天线既有fp腔天线的优势，并且结构相对简单，采用同轴电缆进行馈电，实现了波束指向在30°的12dbi的高增益。但是用此方法实现大的倾角波束时，天线的效率、增益、方向图等特性会变差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种基于探针馈电的宽带空心波束天线，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于探针馈电的宽带空心波束天线，包括馈电探针、空气同轴圆波导和四脊开口圆波导，所述四脊开口圆波导下端设置有，所述空气同轴圆波导下端设置有馈电探针。

作为本发明的一种优选技术方案，所述馈电探针、空气同轴圆波导和四脊开口圆波导依次相连，且三者的中轴线相重合。

作为本发明的一种优选技术方案，所述馈电探针采用sma接头与外部相连，以tem导行波对四脊开口圆波导进行馈电，形成空心波束的方向图。

作为本发明的一种优选技术方案，所述四脊开口圆波导中，为了解决馈电探针与开口圆波导存在阻抗不匹配的问题，在开口圆波导中加入四个三角脊来使二者阻抗平滑过渡。

作为本发明的一种优选技术方案，所述四脊开口圆波导下端设有四个三角脊，且均匀分布于探针四周。

作为本发明的一种优选技术方案，所述空气同轴圆波导内腔半径b与金属探针半径a满足如下关系式：(a+b)π＜λ，其中，λ为工作波长。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种基于探针馈电的宽带空心波束天线，利用探针馈电，结构简单，便于加工；相对于矩形波导馈电，极大的拓宽了带宽，而且天线结构采用四脊开口圆波导，极大地拓宽了天线阻抗匹配带宽，同时具有高增益、辐射方向图圆周对称等优点，本发明中的天线具有结构简单，尺寸小，便于加工，阻抗带宽宽，增益高，辐射方向图对称等优点，结构科学合理，使用安全方便，为人们提供了很大的帮助。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明所述一种基于探针馈电的宽带空心波束天线底部结构示意图；

图2为本发明所述一种基于探针馈电的宽带空心波束天线主视图；

图3为本发明所述三角脊结构示意图；

图4为本发明所述一种基于探针馈电的宽带空心波束天线仿真的二维波瓣结构示意图；

图5为本发明所述一种基于探针馈电的宽带空心波束天线的驻波比图；

图6为本发明所述一种基于探针馈电的宽带空心波束天线的回波损耗图；

图中：1、馈电探针；2、空气同轴圆波导；3、四脊开口圆波导。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种基于探针馈电的宽带空心波束天线，包括馈电探针1、空气同轴圆波导2和四脊开口圆波导3，四脊开口圆波导3下端设置有，空气同轴圆波导2下端设置有馈电探针1。

馈电探针1、空气同轴圆波导2和四脊开口圆波导3依次相连，且三者的中轴线相重合，馈电探针1采用sma接头与外部相连，以tem导行波对四脊开口圆波导进行馈电，形成空心波束的方向图，四脊开口圆波导3中，为了解决馈电探针与开口圆波导存在阻抗不匹配的问题，在开口圆波导中加入四个三角脊来使二者阻抗平滑过渡，四脊开口圆波导3下端设有四个三角脊，且均匀分布于探针四周，空气同轴圆波导2内腔半径b与金属探针半径a满足如下关系式：(a+b)π＜λ，其中，λ为工作波长。

具体原理：使用时，空气同轴圆波2导底部进行馈电，馈电探针1接口为标准sma接头，探针长度为8.8mm，半径为0.32mm，空气同轴圆波2长度为6.8mm，内径为0.74mm，四脊开口圆波,3部分，底部半径5.4mm，口面半径8.05mm，高度9mm，三角脊部分，a=1.48mm，b=5.03mm，c=4.74mm，d=3mm，h=1.1mm，四个角脊距离探针中轴线3.7mm，天线方向图辐射增益最大方向与轴线成一定夹角，且方向图旋转对称，天线在整个频段内，驻波比小于1.5，回波损耗均小于-10db，达到了良好的匹配。

该种基于探针馈电的宽带空心波束天线，利用探针馈电，结构简单，便于加工；相对于矩形波导馈电，极大的拓宽了带宽，而且天线结构采用四脊开口圆波导3，极大地拓宽了天线阻抗匹配带宽，同时具有高增益、辐射方向图圆周对称等优点，本发明中的天线具有结构简单，尺寸小，便于加工，阻抗带宽宽，增益高，辐射方向图对称等优点，结构科学合理，使用安全方便，为人们提供了很大的帮助。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。