CN102735950A - 双极化宽频带近场测量探头 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种双极化宽频带近场测量探头，包括，一个沿长度方向口径渐变的矩形波导和在所述矩形波导壁上设置的由四条脊曲线构成的四脊喇叭脊曲线对，每对脊曲线形成一个方向极化，在所述矩形波导两个脊曲线对的交汇起始端，固联有对两个脊曲线对进行馈电的馈电金属隔板（4），宽带正交模耦合馈电连接器（5）正交于四脊曲线矩形延伸孔槽的短路端，宽带正交模耦合馈电连接器（9）上的探针通过柱形欧姆传输线馈电导体，交联于两个脊曲线对尾部交汇馈电点构成馈电结构。本发明利用新型的馈电方式及天线采用在渐变波导壁上脊曲线的形式，具有双极化探头工作频带宽、馈电结构简单、交叉极化低、损耗小，功率容量较大的特性。

Description

双极化宽频带近场测量探头

技术领域

本发明是关于一种双极化宽频带近场测量探头，特别适用于毫米波段设计和加工高精度、低交叉极化的双极化宽频带近场测量探头。 

背景技术

近场测量方法是天线测量的重要手段，它可以在近距离获得天线远场性能参数，是天线辐射特性测试的重要方法。在近场测量系统中,人们关心的是怎样才能减少测量时间。用移动的单探头扫描花费的时间很长，尤其是对大型天线进行测量时。当测量点数增加时，要测量电磁场的水平、垂直2个分量并记录所有的幅相参数值，这个过程会导致相当多的数据。 

探头对近场测试系统电气性能有很大影响。近场测试系统的探头在照射角范围内，远场辐射方向图需要具有良好的轴对称特性，方向图的E面和H面要求尽量平坦且具有较低的交叉极化。目前近场测量系统中的双极化测量主要通过两种方式来实现：（1）利用单极化探头的机械转动来实现双极化；（2）直接利用双极化探头实现。双极化探头在测试过程中不需要机械调节，具有测试方便、测试速度快的优点，但要求探头具备低交叉极化、宽频带特性以及小的口径尺寸。为实现这些特性，该双极化类探头设计难度大，设计成本高。 

双极化探头常采用平衡馈电和非平衡馈电两种形式。平衡馈电探头易实现宽频带低交叉极化特性，但其馈电结构复杂，常常需要宽频带高性能的电桥实现。宽频带电桥设计本身就存在难度，特别在毫米波频段，连接电桥和天线馈电端电缆的相位差更难以控制。因此，这种形式的探头很难在毫米波段实现。非平衡馈电探头虽然解决了馈电复杂的问题，但其很难做到宽频带内的低交叉极化特性。传统四脊喇叭双极化探头采用波导形式，在四壁上制有四条脊曲线。 四条脊曲线形成两个脊曲线对，每个曲线对实现一个极化。对每对脊曲线馈电时，在曲线对其中一条脊曲线上打一个直径为空气填充的同轴连接器外导体直径相等的孔，将连接器的内导体探针从孔中穿过去与曲线对另一脊曲线相连，完成一个极化的馈电，另一个极化馈电方式与此相同。虽然这种双极化探头可以实现双极化特性，但由于其馈电结构的非对称性，造成两个极化方向的馈电性能匹配不一致，使其交叉极化不高。在毫米波频段，为实现四脊喇叭双极化探头在较宽频带内方向图对称，四脊喇叭的脊厚度要求很薄，脊厚度小于为脊馈电电连接器的外导体直径。按照传统的四脊喇叭馈电方式需要在脊上打孔，将电连接器内导体穿过去，才能对其进行馈电。对于毫米波四脊喇叭由于脊太薄无法在脊上打孔馈电，无法按照此种方法实现馈电。因此，导致传统的双极化探头形式不再适合毫米波段宽频带波近场测试工程应用，研制高性能的毫米波双极化宽频带近场测量探头是目前工程应用中面临的一个难题。 

为了减少了测量时间,现有技术采用了代替单探头技术的探头阵列。该探头阵列由4个双极化印刷振子组成宽频带直线阵列,由两个单线极化印刷振子垂直交叉组成双极化印刷振子作为阵列单元,再将4个双极化印刷振子天线排成直线阵列。该探头阵列虽然提高了阵列单元间的隔离度,单元间的互耦较小。但带来的问题是探头阵列和待测天线之间的影响以及探头之间的互耦。在近场测量中,待测天线和探头之间的影响关系到探头的精度,在测量中很难补偿这种作用。由于探头阵列的尺寸比单探头要大,探头阵列和待测天线的互耦也会变得很大,探头阵列中探头之间的耦合会影响测量的精度。对于探头阵列的使用来说,减小阵列中探头之间的互耦是最重要、最关键的。 

发明内容

本发明的任务是针对传统双极化探头存在的不足之处，提供一种具有宽频 带、交叉极化低、馈电简单、功率容量大、易于加工的双极化宽频带近场测量探头。 

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种双极化宽频带近场测量探头，包括，一个沿长度方向口径渐变的矩形波导和在所述矩形波导壁上设置的由四条脊曲线构成的四脊喇叭脊曲线对，每对脊曲线形成一个方向极化，其特征在于，在所述矩形波导两个脊曲线对的交汇起始端，固联有对两个脊曲线对进行馈电的馈电金属隔板4，宽带正交模耦合馈电连接器5正交于四脊曲线矩形延伸孔槽的短路端，宽带正交模耦合馈电连接器5上的探针通过柱形欧姆传输线馈电导体，交联于两个脊曲线对尾部交汇馈电点构成馈电结构。 

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。 

本发明通过一端短路，另一端开路构成的四脊喇叭近场波导探头上，设置沿长度方向渐变的矩形波导，在渐变的波导壁上设置四条指数脊曲线，每对脊曲线形成一个方向极化，利用波导壁上的四条脊曲线实现宽频带双极化性能，采用两对脊曲线交汇端固联的波导端接馈电金属隔板来降低天线的交叉极化，提高了探头的交叉极化性能，同时采用在宽带正交模耦合馈电连接器的探针上添加一段模拟50间距的柱形欧姆传输线馈电导体构成的馈电结构，实现对脊曲线的馈电，解决了宽带近场测试系统双极化探头在毫米波段加工困难，交叉极化性能低的难题。由于脊曲线交汇端波导端接金属隔板的加入，使得探头在18GHz～40GHz频带内交叉极化低于-40dB。毫米波由于其电尺寸较小，探头的尺寸也较小，这就给传统探头的加工带来困难。本探头采用柱形欧姆传输线馈电导体构成的馈电结构，解决了毫米波波段由于脊太薄无法在脊上打孔，模拟50欧姆传输线给脊喇叭馈电的问题。该探头采用机械加工完成，且解决了给脊馈电的问题，目前的机械加工精度能够保证探头的公差要求，免去了调试的工作量。与平衡馈电的探头相比，该探头馈电简单。同时由于选用了波导器件，该探头具有宽频带、低交叉极化、馈电简单、功率容量大、结构简单，易于加工， 能够一体化加工完成，适用于毫米波段的高性能近场测试系统双极化探头。 

附图说明

图1本发明双极化宽频带近场测量探头的结构主视图。 

图2是图1的俯视图。 

图3是图1的右视图。 

图4是图1馈电结构及两脊间隔板的放大示意图。 

图5是图4的俯视图。 

图中：1方波导，2第一脊曲线对，3第二脊曲线对，4馈电金属隔板，5带正交模耦合馈电连接器，6匹配短路块，7方波导短路端后腔，8第二脊曲线对馈电内导体，9第二脊曲线对馈电外导体，10馈电导体，11脊曲线对脊间距孔槽。 

具体实施方式

参阅图1、图2、图3。在以下描述的实施例中，双极化宽频带近场测量探头，具有一个沿长度方向口径渐变的矩形波导，本实施例采用的矩形波导为方波导，它是一端短路，另一端开路构成的方波导1，其端短路和开路端的截面都是一个矩形。短路端有匹配短路块6。在四脊曲线的交汇端固联有一个波导端接的馈电金属隔板4。四条指数型脊曲线设置在渐变的波导壁上，构成两个脊曲线对。第一脊曲线对2指数脊型曲线沿方波导1长度方向口径渐变，向后延伸交汇于短路端，第二脊曲线对3的指数型脊曲线位于第一脊曲线对2指数型脊曲线之间，并与第一脊曲线对2构成四脊喇叭形状。每对脊曲线形成一个方向极化，四条指数脊曲线构成两个脊曲线对，形成两个方向极化。在每对脊曲线靠近短路端处进行馈电。宽带正交模耦合馈电连接器5正交于四脊曲线矩形延伸孔槽的短路端，宽带正交模耦合馈电连接器9上的探针通过柱形欧姆传输线馈电导体，交联于两个脊曲线对尾部交汇馈电点构成馈电结构，靠近两个脊曲线对起始端对两个脊曲线对进行馈电。这就构成了宽带双极近场测量探头。 

参阅图4、图5。图4是图1馈电结构及两脊间隔板的放大示意图。在以下描述的实施例中，探头馈电部分主要由位于方波导短路端后腔7中的匹配短路块6和两对脊曲线对的激励和波导端接馈电金属隔板4构成。馈电结构采用在连接器的探针上添加外导体5，模拟一段50欧姆传输线。将连接器直接插到脊曲线的空隙处，内导体连接脊曲线对中一条曲线，外导体与脊曲线对另一条曲线相连，实现对脊曲线的馈电。同时在方波导短路端处利用后腔的短路块6调节匹配。 

带正交模耦合馈电连接器5对第一脊曲线对2进行馈电，实现探头其中一个极化的激励。在靠近脊曲线对2的起始端，相连带正交模耦合馈电连接器5中心上的探针柱形欧姆传输线馈电导体由围绕馈电导体10填充的绝缘介质组成。馈电导体10穿过脊曲线对脊间距孔槽11与脊曲线对2的脊曲线交联。馈电导体10模拟一段50欧姆传输线，在脊曲线对的两条曲线间激励起一种极化的场。加工时只需将馈电导体10外导体部分占据脊部分去掉与剩下的脊部分电连接，因此无需在对应的脊上打孔。而传统的四脊喇叭在此处馈电，在与馈电导体10外导体相连的脊上打一个馈电导体10直径大小的孔。在毫米波频段，脊的厚度可能小于馈电导体10的外导体直径，因此用这种馈电方法可以解决毫米波频段由于脊太薄，无法在脊上打孔实现馈电的问题。在靠近脊曲线对3的起始端，同样设有与位于脊曲线对脊间距孔槽11尾部，形状结构相同，位于同一直线槽孔内的圆柱形馈电导体，第二脊曲线对馈电内导体8穿过第二脊曲线对的脊间距孔槽11与脊曲线对3的一条脊曲线交联，第二脊曲线对圆柱形第二脊曲线对馈电外导体9与脊曲线对3另外一条脊曲线交联。第二脊曲线对馈电内导体8与第二脊曲线对馈电外导体9中间填充绝缘介质，模拟一段50欧姆传输线，在脊曲线对的两条曲线间激励起一种极化的场。与第二脊曲线对馈电外导体9相连的第二脊曲线对3的脊曲线，同样只需将外导体部分占据脊部分去掉，将外导体与剩下的脊部分电连接，无需在对应的脊上打孔，实现对第二脊曲线对的 馈电。第二脊曲线对3的馈电方式与第一脊曲线对2的馈电方式相同。同时可以利用在方波导短路端处后腔的短路块6调节端口驻波匹配。两个脊曲线对馈电的具体位置应根据两个端口的驻波匹配确定。 

本发明构成的宽带双极近场测量探头，当一种极化的模式传输时，由于波导端接金属隔板4的存在，对其正交极化的模式有截止作用和降低探头交叉极化的作用。由于波导端接金属隔板4在两个脊曲线对的馈电点中间，它的存在对两个端口的匹配有很大影响，通过调节波导起始端接金属隔板4的厚度、长度和与所述脊曲线对尾部的两个馈电点的距离，可以调节两个端口的驻波匹配。 

以上结合附图对本发明进行了详细描述，但需要指出的是，上述实施例所描述的是仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，比如本发明的方波导1可以是长方形波导，将此种馈电方式应用在脊喇叭的馈电中等，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权利要求范围之内。 

Claims (7)

1.一种双极化宽频带近场测量探头，包括，一个沿长度方向口径渐变的矩形波导和在所述矩形波导壁上设置的由四条脊曲线构成的四脊喇叭脊曲线对，每对脊曲线形成一个方向极化，其特征在于，在所述矩形波导两个脊曲线对的交汇起始端，固联有对两个脊曲线对进行馈电的馈电金属隔板（4），宽带正交模耦合馈电连接器（5）正交于四脊曲线矩形延伸孔槽的短路端，宽带正交模耦合馈电连接器（5）上的探针通过柱形欧姆传输线馈电导体，交联于两个脊曲线对尾部交汇馈电点构成馈电结构。

2.如权利要求1所述的双极化宽频带近场测量探头，其特征在于，所述的矩形波导是一端短路，另一端开路构成的方波导（1），其端短路和开路端的截面都是一个矩形。

3.如权利要求2所述的双极化宽频带近场测量探头，其特征在于，第一脊曲线对（2）指数脊型曲线沿方波导（1）长度方向口径渐变，向后延伸交汇于短路端，第二脊曲线对（3）的指数型脊曲线位于第一脊曲线对（2）指数型脊曲线之间，并与第一脊曲线对（2）构成四脊喇叭形状。

4.如权利要求1所述的双极化宽频带近场测量探头，其特征在于，带正交模耦合馈电连接器（5）对第一脊曲线对（2）进行馈电，实现探头其中一个极化的激励。

5.如权利要求1所述的双极化宽频带近场测量探头，其特征在于，在靠近脊曲线对（2）的起始端，相连带正交模耦合馈电连接器（5）中心上的探针柱形欧姆传输线馈电导体由围绕馈电导体（10）填充的绝缘介质组成。

6.如权利要求1所述的双极化宽频带近场测量探头，其特征在于，第二脊曲线对馈电内导体（8）穿过第二脊曲线对的脊间距孔槽（11）与脊曲线对（3）的一条脊曲线交联，第二脊曲线对圆柱形第二脊曲线对馈电外导体（9）与脊曲 线对（3）另外一条脊曲线交联，在脊曲线对的两条曲线间激励起一种极化的场。.

7.如权利要求1所述的双极化宽频带近场测量探头，其特征在于，调节波导起始端接金属隔板（4）的厚度、长度和与所述脊曲线对尾部的两个馈电点的距离，可以调节两个端口的驻波匹配。 

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