CN103236586A - 小型圆极化喇叭天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型圆极化喇叭天线，主要解决现有技术难以同时满足大功率、高增益、宽频带、圆极化的问题。该发明包括同轴-圆波导转换器（1）、圆极化器（2）、圆锥喇叭（3）、介质透镜（4）和圆波导（7）构成。圆极化器（2）安装于圆波导（7）的内部，圆锥喇叭（3）与圆波导（7）直接相连，介质透镜（4）固定在圆锥喇叭（3）的前方，同轴-圆波导转换器安装于圆波导（7）的侧壁上。其中圆极化器（2）由固定在圆波导（7）内部的对称六边形介质插片（5）和两个矩形的补偿槽（6）构成，该两个对称开在圆波导（7）内部介质插片（5）的正上方和正下方。本发明具有频带宽、稳定性好、增益高、功率容量大、圆极化特性好的优点。

Description

小型圆极化喇叭天线
技术领域
本发明属于微波天线领域，涉及一种圆极化喇叭天线，既可以做各种复杂天线的馈源，也能够直接作天线使用，能够广泛应用于无线通信、雷达等领域。
技术背景
随着无线通信技术的飞速发展，诸如移动卫星通信系统这样的远距离大范围空间通信系统等越来越多地受到了人们广泛的关注和应用。其中，卫星通信也是未来全球信息高速公路的重要组成部分。它以其覆盖广、通信容量大。通信距离远、不受地理环境限制、质量优、经济效益高等优点。这就对天线的设计提出了更高的要求。以卫星通讯为例，卫星通讯系统要求天线具有高频率、大功率、高增益、宽频带、圆极化、小型化等特点。
虽然天线的实现形式多种多样，但要同时满足上述多种要求则并不容易。这主要体现在以下几个方面：（1）常见的微带天线虽然容易实现圆极化特性，但其功率容量较小，带宽较窄，且为了实现高增益，通常需要组成阵列或是加装透镜，这也使其难以满足小型化的要求。（2）常见的喇叭天线通常为线极化天线，虽然具备功率容量大、增益高、频带宽等特性，但不满足圆极化的要求。（3）常见其它圆极化天线通常还具有结构复杂，馈电形式复杂，不利于大批量生产，难于保证一致性等不良特性。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单紧凑、稳定、一致性好，相比于现有的圆极化天线，具有更宽的带宽、更广的应用范围的小型圆极化喇叭天线。
为实现上述目的，本发明包括：同轴-圆波导转换器1、圆极化器2、圆锥喇叭3和圆波导7，同轴-圆波导转换器1安装在圆波导7靠近底面的侧壁上，圆极化器2安装在圆波导7的内部，圆锥喇叭3与圆波导7直接相连，其特征在于：
圆锥喇叭3，其外侧固定有介质透镜4，用以提高天线的增益；
圆极化器2，由对称的六边形介质插片5和两个矩形的补偿槽6构成，该两个补偿槽6对称地开在圆波导7的内壁与介质插片5正交的平面上。
上述小型圆极化喇叭天线，其特征在于：同轴-圆波导转换器1，固定在距离圆波导7底面1/4波长处的波导壁上，其轴线与介质插片5所在平面的夹角为45°，其内导体和绝缘介质伸入到圆波导7的内部。
上述小型圆极化喇叭天线，其特征在于：介质透镜4采用F4B-2材料的双曲结构，其通过硬质泡沫9固定在圆锥喇叭3的前方。
上述小型圆极化喇叭天线，其特征在于：硬质泡沫9的结构为一个顶面设有凹槽10的圆柱体，该凹槽10的形状与介质透镜4的形状相同，介质透镜4嵌入凹槽10内，两者之间紧密贴合。
上述小型圆极化喇叭天线，其特征在于：硬质泡沫9和介质透镜4的半径与圆锥喇叭3外缘处的半径相同。
上述小型圆极化喇叭天线，其特征在于：圆锥喇叭3与圆波导7为一体结构，且圆波导7靠近同轴-圆波导转换器1一端的端口封闭。
本发明具有如下优点:
1)本发明由于在喇叭天线中加载了介质插片型圆极化器，不仅使喇叭天线能辐射圆极化电磁波，辐射特性良好，而且频带宽，稳定性好、增益高、功率容量大；
2)本发明由于采用双曲介质透镜的加载，使得天线增益进一步提高；3)本发明由于采用圆波导和圆锥喇叭，将同轴接头和圆波导直接
连接，省去了方圆波导转换结构；
4）本发明由于把馈源、圆极化器和圆锥喇叭直接连在一起，使得天
线整体尺寸较小，结构紧凑，便于加工制造。
附图说明
图1是本发明的侧视结构图；
图2是本发明的俯视结构图；
图3是本发明的结构分解图。
具体实施方式
参照图1～图3，本发明的小型圆极化喇叭天线，主要包括同轴-圆波导转换器1、圆极化器2、圆锥喇叭3和介质透镜4。其中：
所述的圆极化器2，主要由介质插片5和两个矩形补偿槽6构成，介质插片5为F4B-2材质的对称六边形结构，通过窄槽固定在圆波导7内；两个补矩形偿槽6对称地开在圆波导7的内壁上，分别位于介质插片5的正上方和正下方。
所述的介质透镜4，采用F4B-2材料的双曲结构，并通过硬质泡沫9固定在圆锥喇叭3前方。硬质泡沫9的介电常数为1.08，其结构为一个顶面设有凹槽10的圆柱体，该凹槽10的形状与介质透镜4的形状相同，介质透镜4嵌入凹槽10内，两者之间紧密贴合。硬质泡沫9和介质透镜4的半径与圆锥喇叭3端口处的外径相同。
所述的圆波导7和圆锥喇叭3，其两者采用低损耗金属材料铸造成型的一体化结构。圆波导7靠近同轴-圆波导转换器1一侧的端口用与圆波导7相同的金属材料封闭。
所述同轴-圆波导转换器1，是一个能够工作在指定频段的微波SMA接头，安装在该圆波导7距离封闭端口1/4波长处的侧壁上，该SMA接头的外壁与圆波导7的外壁相连，该SMA接头的轴线与介质插片5所在平面的夹角为45°，该SMA接头的内芯伸入圆波导7内部3.3mm，该SMA接头的中间介质伸入圆波导7内部1.5mm。
将本发明的小型圆极化喇叭天线在商业电磁仿真软件ANSOFT HFSS中进行仿真，其仿真结果表明：在17.1GHz～18.5GHz频段，本发明的端口电压驻波比小于1.7，增益大于14dB，3dB波束宽度为34°±5°，轴比小于2.6dB。可见，本发明在宽度为1.4GHz的频带内具有良好的辐射特性和宽频带特性。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但并不构成对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创新构思的前提下所做出的若干变形和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种小型圆极化喇叭天线，包括同轴-圆波导转换器（1）、圆极化器（2）、圆锥喇叭（3）和圆波导（7），同轴-圆波导转换器（1）安装在圆波导（7）靠近底面的侧壁上，圆极化器（2）安装在圆波导（7）的内部，圆锥喇叭（3）与圆波导（7）直接相连，其特征在于：
圆锥喇叭（3），其外侧固定有介质透镜（4），用以提高天线的增益；
圆极化器（2），由对称的六边形介质插片（5）和两个矩形的补偿槽（6）构成，该介质插片（5）固定在圆波导（7）的内部，该两个补偿槽（6）对称地开在圆波导（7）的内壁上，分别位于介质插片（5）的正上方和正下方。
2.根据权利要求1所述的小型圆极化喇叭天线，其特征在于：同轴-圆波导转换器（1），固定在距离圆波导（7）底面1/4波长处的波导壁上，其轴线与介质插片（5）所在平面的夹角为45°，其内导体和绝缘介质伸入到圆波导（7）的内部。
3.根据权利要求1所述的小型圆极化喇叭天线，其特征在于：介质透镜（4）采用F4B-2材料的双曲结构，其通过硬质泡沫（9）固定在圆锥喇叭（3）的前方。
4.根据权利要求3所述的小型圆极化喇叭天线，其特征在于：硬质泡沫（9）的结构为一个顶面设有凹槽（10）的圆柱体，该凹槽（10）的形状与介质透镜（4）的形状相同，介质透镜（4）嵌入凹槽（10）内，两者之间紧密贴合。
5.根据权利要求1或3所述的小型圆极化喇叭天线，其特征在于：硬质泡沫（9）和介质透镜（4）的半径与圆锥喇叭（3）外缘处的半径相同。
6.根据权利要求1所述的小型圆极化喇叭天线，其特征在于：，圆锥喇叭（3）与圆波导（7）为一体结构，且圆波导（7）靠近同轴-圆波导转换器（1）一端的端口封闭。
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