CN102427167A

CN102427167A - 一种基于圆波导te01模的宽带e面全向天线

Info

Publication number: CN102427167A
Application number: CN2011102170465A
Authority: CN
Inventors: 马汉清
Original assignee: No206 Institute Of China North Industries Group Corp
Current assignee: No206 Institute Of China North Industries Group Corp
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2012-04-25

Abstract

本发明涉及一种基于圆波导TEO1模的宽带E面全向天线，利用圆波导TEO1模的旋转对称特性，用传输TEO1模的开口圆波导照射金属反射面，在方向图的E面上实现宽带的全向辐射，所述金属反射面的外型为锥形反射面或旋转面，当选用旋转面时，旋转面的凸起方向朝向圆波导的开口。在微波源输出为非圆波导TEO1模的情况下，可使用TEO1模式转换器将微波源的输出模式转换为圆波导TEO1模，再用TEO1模照射金属反射面，在方向图的E面上实现宽带的全向辐射。开口圆波导中传输的波导模式其功率成分80％以上为TEO1模式。适合在较高频带(S波段以上频率)使用，尤其适合K波段以上频率使用，特别是可实现＞20％的天线带宽。

Description

一种基于圆波导TE01模的宽带E面全向天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于圆波导TEO1模的宽带E面全向天线，用以实现E面全向辐射的宽带天线。

技术背景

天线的E面是指天线最大辐射方向与此方向上的电场方向二者所构成的平面。所谓E面全向天线，即在E面上，在距离天线相同远处，天线辐射(或接收)信号的功率大致一致。与E面全向相对应的概念是H面全向，H面全向天线是易于实现的，例如鞭天线，而E面全向的天线则比较难以实现。目前已知的实现E面全向天线的方法包括：

1、旋转场天线。即使用两个对称振子天线十字交叉放置，并使其馈电相位相差90度，则可以实现在交叉面内的E面全向辐射。这种天线的典型例子是无线广播电视系统中常用的蝙蝠翼天线。这种实现方式的主要局限性是仅适合较低的频率，当频率高时，例如在Ka及Ka波段以上，结构上很难实现。

2、使用多个辐射单元环形排阵。一般为微带天线形式，通过功分网络，给环形排布的振子等幅馈电，当环形阵半径的尺寸相对波长来说比较小时，可以实现E面全向辐射。这种实现方式的主要局限是环形阵的半径受功分网络的限制，难以做的很小，因此其全向性能往往不好，即不同方向上辐射功率幅度的波动比较大。由于多采用微带形式，天线工作频率高时，对加工工艺和精度要求高、天线辐射效率降低明显，因此不适宜在K波段以上频率使用。

3、使用窄边压缩的波导开纵向缝隙实现。此方法可以实现较好的E面全向辐射，但其工作的相对带宽一般不超过5％。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在较宽的频带(相对带宽＞20％)内实现E面全向辐射的天线。实现本发明的技术方案是利用圆波导TEO1模的旋转对称特性，用传输TEO1模的开口圆波导照射金属反射面，在方向图的E面上实现宽带的全向辐射，所述金属反射面的外型为锥形反射面或旋转面，当选用旋转面时，旋转面的凸起方向朝向圆波导的开口。

如果微波源输出为非圆波导TEO1模，可使用TEO1模式转换器将微波源的输出模式转换为圆波导TEO1模，再用TEO1模照射金属反射面，在方向图的E面上实现宽带的全向辐射。

本发明在开口圆波导中传输的波导模式其功率成分80％以上为TEO1模式。

本发明技术方案的原理是：利用圆波导TEO1模的旋转对称特性来实现适合在较高频率使用的宽带E面全向天线。圆波导TEO1模是圆波导中的一种特定能量分布模式，具体形式是电场沿波导轴旋转对称分布，沿波导半径方向只出现一个最大点。但是，可传输TEO1模的圆波导也可以同时传输其他多种模式，即圆波导中的TEO1模不可能是完纯的，本发明要求圆波导中传输的TEO1模的功率占总传输功率的80％以上即可。本发明使用圆波导TEO1模照射锥形金属面或凸起方向朝向波导开口的金属旋转面，利用圆波导TEO1模的电场旋转对称特性，将TEO1模开口波导辐射出的功率经反射面反射到自由空间中。由于TEO1模是旋转对称的，因此经锥形或旋转面反射后仅改变电磁波的传播方向，而保持了旋转对称特性，所以可以在E面实现全向辐射特性。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果是：所采用的结构非常简单，损耗小，在圆波导中传输的TEO1模的功率占总传输功率的80％以上，更适合在较高频带(S波段以上频率)使用，尤其适合K波段以上频率使用，特别是可实现＞20％的天线带宽。

附图说明

图1使用TEO1模波导照射倒锥形反射面的天线结构示意图，也是本发明的优选实施例1

图2使用TEO1模波导照射朝向波导口凸起的旋转反射面的天线结构示意图，也是本发明的优选实施例2

图3使用TEO1模式转换器后再使用本发明天线的示意图，也是本发明的优选实施例3

图4实例1天线的三维方向图

图5实例1天线旋转面的母线示意图

具体实施方式

结合上述附图和优选实施例进一步说明本发明。

实施例1：

如图1所示，1为锥形金属反射面，2为圆波导。锥形反射面可使用泡沫材料支撑，为方便理解，图中未画出支撑用的泡沫材料。

此实施例要求实现的天线特性为：E面(即图1中的水平面)全向辐射，H面(即图1中的俯仰面)最大辐射方向在水平方向上。为实现要求的天线特性，使用了锥形反射面，天线工作频率为26GHz-33GHz。图1中全向天线的结构参数为：圆波导2的内半径为7mm，锥体1上底面半径为10mm，锥体高度为5mm，锥顶距离圆波导开口中心的尺寸为4mm，天线的三维辐射方向图如图4所示，可见实现了E面全向特性，且最大辐射方向在水平方向图。

实施例2：

如图2所示，3为凸起方向朝向波导开口的金属旋转面，4为圆波导。金属旋转面可使用泡沫材料支撑，为方便理解，图中未画出支撑用的泡沫材料。

圆波导2中传输的模式主要成分应为TEO1模(TEO1模功率占总传输功率的80％以上)，全向天线的具体参数为波导内径仍为7mm，，金属旋转面3的底面半径仍为10mm，高度仍取5mm，金属旋转面顶点距离波导开口中心尺寸仍为4mm，旋转面的母线参数方程为：y＝x²/20，如图5所示，图中7表示旋转面的母线。

实施例3：

在微波源输出非圆波导TEO1模的情况下，可使用TEO1模式转换器，将微波源的输出模式转换为圆波导TEO1模，然后再使用本专利所述天线，如图3所示，图中5为矩形波导到圆波导TEO1模的模式转换器，6为金属锥形反射面。

在圆波导传输TEO1模的前提下，调整锥面或旋转面的几何参数可在水平方向上获得全向辐射的前提下实现天线的其他技术指标(如端口阻抗匹配特性、H面波束特性等)要求。锥面的主要几何参数包括：顶端距离波导的高度、上底面直径、锥体高度；对旋转面来说，除上述参数外，还包含旋转面母线的参数方程。通过调整上述参数，可在保证天线E面的全向辐射特性的前提下，实现天线的其他技术指标要求。

Claims

1.一种基于圆波导TEO1模的宽带E面全向天线，其特征在于：利用圆波导TEO1模的旋转对称特性，用传输TEO1模的开口圆波导照射金属反射面，在方向图的E面上实现宽带的全向辐射，所述金属反射面的外型为锥形反射面或旋转面，当选用旋转面时，旋转面的凸起方向朝向圆波导的开口。

2.根据权利要求1所述的基于圆波导TEO1模的宽带E面全向天线，其特征在于：在微波源输出为非圆波导TEO1模的情况下，可使用模式转换器将微波源的输出模式转换为圆波导TEO1模，再用TEO1模照射金属反射面，在方向图的E面上实现宽带的全向辐射。

3.根据权利要求1所述的基于圆波导TEO1模的宽带E面全向天线，其特征在于：开口圆波导中传输的TEO1模的功率占总传输功率的80％以上。