CN105281041A - 一种变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线的实现方法。本发明主要用于解决馈源喇叭天线对反射面照射时在超宽带范围内幅度照度和相位平坦度一致性要求，减小馈源相位中心随频率的变化程度。馈源喇叭天线设置有同轴脊波导转换装置、变宽度加载脊和采用相位平滑过渡拟合曲线设计的天线辐射腔装置，馈源喇叭天线将导波场转换成反射面照射所需的空间辐射场并将其投向反射面，反射面将馈源喇叭天线投射来的辐射场反射、汇聚并辐射到空间获得高性能的反射面天线。该方法适宜于变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线的设计与实现。

Description

一种变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线
技术领域
本发明涉及一种变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线的实现方法，适用于现代雷达等电子设备。本发明属于雷达天线与微波技术领域。
背景技术
雷达中最常用的天线形式有阵列天线和面天线两种。反射面天线在形成高增益和要求波束形状的同时，因馈电简便、结构简单、成本较低等因数使得其在雷达装备中得到广泛的应用。而面对当前复杂的电磁环境，为提高雷达装备的抗地杂波干扰、抗人为干扰的能力以及雷达对抗反辐射导弹袭击自我保护等等能力需求，这势必将对天线的宽频带、低副瓣特性提出更高的要求。
反射面天线的性能很大程度上取决于馈源的性能。目前常规脊喇叭天线因其存在的固有结构尺寸、脊设计方式及幅度、相位照射不一致性等缺陷限制了其作为反射面天线馈源的使用。为了解决上述问题，本发明涉及的一种变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线的实现方法，将输入信号传输到同轴插座，通过紧凑型同轴脊波导转换装置、变宽度加载脊及采用相位平滑过渡拟合曲线实现的异型辐射腔等装置实现的馈源喇叭天线将导波场转换成反射面照射所需的空间辐射场并将其投向反射面，而反射面将馈源喇叭天线投射来的辐射场反射、汇聚并辐射到空间，从而获得高性能的反射面天线。
发明内容
本发明为一种变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线的实现方法，将输入信号传输到同轴插座，通过采用同轴内导体紧贴脊尾部设计的同轴脊波导转换装置和变宽度加载脊以及采用相位平滑过渡拟合曲线设计的天线辐射腔装置实现馈源喇叭天线在超宽带范围内对反射面照射幅度和相位一致性，减小了馈源相位中心随频率的变化程度，同时缩短了馈源轴向尺寸。
同轴脊波导转换装置设置有同轴插座1、矩形波导2和加载脊4；矩形波导2的一端与金属短路块5连接，金属短路块5表面覆有表贴式吸波材料6，吸波材料6用于滤除信号激励时产生的高次模，矩形波导2的另一端与天线辐射腔3相连。
加载脊4设置有上加载脊9和下加载脊10，上加载脊9和下加载脊10分别设置有半径为R1的半圆柱体15、等高度h1的直线段脊7、变宽度脊11以及半径为R2的扇形加载脊12，上加载脊9、下加载脊10分别与矩形波导2和天线辐射腔3的腔体内表面连接，变宽度脊11的脊宽度从w1渐变到w2，高度从h1渐变到h1/3，长度为天线辐射腔3轴向长度的1/3；扇形加载脊12的高度从h1/3渐变到h2；加载脊4与天线辐射腔3的腔体内表面连接。
在和等高度的直线段脊7的末端开有直径为ΦD1的孔，和ΦD1的孔相对应位置的矩形波导2的宽壁上开有一个直径为ΦD1的孔，用于同轴插座1直径为ΦD2的内导体8穿过，且内导体8与表贴式吸波材料6之间间距为d；上加载脊9和下加载脊10在矩形波导2和天线辐射腔3的内部是上下对称安装；天线辐射腔3的辐射腔体由两组相对而成的上金属板13和侧金属板14组成，上金属板13和侧金属板14尾部分别设计为加载曲线16和加载曲线17的形状。
上金属板13和侧金属板14的尾部加载曲线16和17分别根据反射面天线方位面和俯仰面的相位照射一致性要求采用相位平滑过渡拟合曲线反推得到，突破了传统设计中直接采用扇形金属板进行馈源喇叭天线照射相位的修正。
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为一种变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线示意图。其中1—同轴插座，4—加载脊，5—金属短路块，6—表贴式吸波材料，13—上金属板，14—侧金属板，17—加载曲线。
图2为图1的俯视图。其中，2—矩形波导，3—天线辐射腔，16—加载曲线。
图3为图1的局部示意图。其中8—同轴线内导体，9-上加载脊，10-下加载脊，18—过渡同轴线。
图4为上加载脊9的结构示意图。其中7—等高度h1的直线段脊，11—变宽度脊，12—扇形加载脊，15—半圆柱体。
图5为图4的俯视图。
具体实施方式
本发明涉及的一种变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线的实现方法，主要步骤(参见附图)：
①设计同轴脊波导转换装置，同轴插座1的输入阻抗为50欧姆，馈源喇叭天线的辐射阻抗为377欧姆，设计等高度直线段脊7的宽度w1和高度h1、变宽度脊11的脊宽度w2和扇形加载脊12的半径R2，变宽度脊11的长度为辐射腔长度的1/3，高度从h1渐变到h1/3，扇形加载脊12的高度从h1/3渐变到h2，实现同轴插座1的输入阻抗能逐步渐变到与馈源喇叭天线的辐射阻抗相匹配；
②设计半圆柱体15的半径R1，设计过渡同轴线18的内径为ΦD2，外径为ΦD1，阻抗为50欧姆，设计半径R1越小，同轴线内导体8越靠近加载脊4的尾部，馈源喇叭天线的性能越好；
③设计天线辐射腔，根据反射面天线方位面和俯仰面相位照射一致性的要求，采用相位平滑过渡拟合曲线反推分别得到上金属板13和侧金属板14的加载曲线16和加载曲线17的形状，突破了传统设计中直接采用的梯形金属板进行馈源喇叭天线照射相位的修正。
④表贴式吸波材料选取，根据仿真计算得到激励时产生的高次模的情况选取与之相对应的表贴式吸波材料。

Claims (4)

1.一种变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线，其特征在于：将输入信号传输到同轴插座，通过采用同轴内导体紧邻脊尾部设计的同轴脊波导转换装置和变宽度加载脊以及采用相位平滑过渡拟合曲线设计的天线辐射腔装置实现馈源喇叭天线在超宽带范围内对反射面照射幅度和相位一致性。
2.一种根据权利要求1所述的变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线，其特征在于：同轴脊波导转换装置设置有同轴插座1、矩形波导2和加载脊4；矩形波导2的一端与金属短路块5连接，金属短路块5表面覆有表贴式吸波材料6，矩形波导2的另一端与天线辐射腔3相连。
3.一种根据权利要求1所述的变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线，其特征在于：加载脊4设置有上加载脊9、下加载脊10，上加载脊9和下加载脊10分别设置有半径为R1的半圆柱体15、等高度直线段脊7、变宽度脊11以及半径为R2的扇形加载脊12，上加载脊9、下加载脊10分别与矩形波导2和天线辐射腔3的腔体内表面连接，变宽度脊11的脊宽度从w1渐变到w2，高度从h1渐变到h1/3，长度为天线辐射腔3轴向长度的1/3；扇形加载脊12的高度从h1/3渐变到h2，且加载脊4与天线辐射腔3的腔体内表面连接。
4.一种根据权利要求1所述的变宽度加载脊的超宽带短馈源喇叭天线，其特征在于：在和等高度直线段脊7的末端相对应的矩形波导2的宽壁上开有孔，用于同轴插座1的内导体8穿过，且内导体8与表贴式吸波材料6之间间距为d；上加载脊9和下加载脊10在矩形波导2和天线辐射腔3的内部是上下对称安装；天线辐射腔3的辐射腔体由两组相对而成的金属板13和14组成，金属板13和14的尾部分别设计为加载曲线16和加载曲线17的形状。
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