CN105390816A - 一种超宽带tem喇叭天线及建模方法 - Google Patents

一种超宽带tem喇叭天线及建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超宽带TEM喇叭天线及建模方法，通过调整脊曲线、把喇叭宽面改为指数型曲面结构、在喇叭口处设计了独特的结构将宽面进行延伸，优化了高频方向图，从而增强了超宽带喇叭的高频性能。

Description

一种超宽带TEM喇叭天线及建模方法
技术领域
本发明属于电磁场、微波与天线技术，具体为一种喇叭天线及建模方法，喇叭天线用于信号收发。
背景技术
超宽带喇叭天线在测量、雷达及通信系统上的应用已经愈来愈广泛。现有的超宽带喇叭中，高频方向图并不十分理想：高频方向图出现旁瓣较高、主瓣在高频段过早出现分叉等现象，本发明通过调整脊曲线、把喇叭宽面改为指数型曲面结构、在喇叭口处设计了独特的结构将宽面进行延伸，优化了高频方向图，从而增强了超宽带喇叭的高频性能。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决现有技术中超宽带喇叭的高频方向图旁瓣较高主瓣在高频段过早出现分叉，本发明提出一种超宽带TEM喇叭天线及建模方法。
技术方案
一种超宽带TEM喇叭天线，包括短路板、馈电部分、脊波导段和喇叭段；馈电部分位于脊波导段的一侧，短路板位于脊波导段的后端面；在脊波导段的两个窄壁面中间设有外侧高内侧低的楔体；喇叭段的两个窄壁面采用介质板，在介质板上均匀分布金属线；其特征在于喇叭段的两个宽壁面为指数型曲面，在两个宽壁面内侧中间分别设有一个从脊波导段的馈电处延伸到喇叭口面指数型曲线的脊，指数型曲面位于喇叭口面的一端为圆弧状结构的缺口，圆弧状结构的缺口上设有多个槽。
所述的馈电部分采用N型同轴接头，在N型同轴接头的内导体伸出部分上设有加粗部分用于调节驻波。
所述的宽壁面上的指数型脊的曲线为y＝1.1*exp(0.0253*z)-0.03365*z。
所述的指数型宽壁曲面的函数为y＝1.2*exp(0.016*z)+0.18547*z。
所述的介质板的介电常数为4.4，厚度为1mm。
所述的金属线为6条。
一种对超宽带TEM喇叭天线进行建模的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：建立脊波导，在脊波导的窄壁面中间创建两个楔体，在脊波导的后端面创建短路板；
步骤2：在脊波导的一个宽壁面的外侧中间挖孔，将馈电段的同轴结构插入脊波导，同轴结构的外壁与上脊接触，内壁与下脊接触；
步骤3：建立喇叭段，窄壁面采用介质板代替金属板，介质板上覆有金属条，宽壁面采用指数型曲面替代平面，指数型曲面在喇叭口面处向外延伸，用一个球体与其相切从而得到一个圆弧状结构的缺口，在缺口上开槽；
步骤4：从脊波导的馈电处开始到喇叭段口面处，延宽壁面建立脊结构。
有益效果
本发明提出的一种超宽带TEM喇叭天线及建模方法，解决了高频方向图旁瓣较高主瓣在高频段过早出现分叉的问题，优化了高频段的驻波比和方向图，频带更宽，方向图尽可能少地出现裂瓣。
附图说明
图1超宽带TEM喇叭天线的正视图
图2超宽带TEM喇叭天线的俯视图
图3超宽带TEM喇叭天线的右视图
图4超宽带TEM喇叭天线的剖视图
图5立体HFSS仿真图
图6立体图
图7波导段的楔形结构
图8波导段的楔形结构尺寸图
图9喇叭段的窄壁面覆铜结构图
图10喇叭段的窄壁面结构图
图11喇叭段的宽壁面结构图
图12喇叭段的宽壁面指数型脊
图134G的E面方向图
图146G的E面方向图
图158G的E面方向图
图1610G的E面方向图
图1712G的E面方向图
图1814G的E面方向图
图1916G的E面方向图
图20增益曲线图
图21驻波图
图22相位中心图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
如图1-4所示，超宽带TEM喇叭天线包括短路板1、馈电部分2、脊波导段3和喇叭段4；馈电部分2位于脊波导段3的一个宽壁面的外侧，馈电部分采用N型同轴连接头，其内芯和下脊连接，在内芯的外侧设有加粗部分用于调节驻波；短路板1位于脊波导段3的后端面；在脊波导段3的两个窄壁面上设有外侧高内侧低的楔体；为了减轻喇叭天线的重量，喇叭段4的两个窄壁面采用介质板，介质板的介电常数为4.4，厚度为1mm，在介质板上均匀分布6条金属线，在喇叭段4的两个宽壁面分别设有一个指数型曲线(y＝1.1*exp(0.0253*z)-0.03365*z)的脊5，脊5从脊波导段3的馈电处延伸到喇叭口面，喇叭段的两个宽壁面为指数型曲面(y＝1.2*exp(0.016*z)+0.18547*z)，指数型曲面位于喇叭口面的一端为圆弧状结构的缺口6，其上按照阻抗变换设有多个槽。喇叭口面延伸处最外侧两槽相距为6mm，其余相邻两槽间距为10mm，槽宽为10mm。
下面对各个部位的具体尺寸进行描述：
如图1所示，脊波导的宽边为86mm，喇叭段口面宽边为239.99mm，喇叭段延伸面宽边距离为315.15mm，馈电段同轴结构外壁直径为2.3mm，内壁直径为1mm，波导段长度为37.8mm，喇叭段长度为151.98mm，喇叭段口径处延伸面的长度为79.8mm。
如图2所示，脊宽度为9mm，喇叭口径窄边宽度为138.99mm，喇叭口径宽边宽度为138.99mm，延伸出的曲面两端点距离为315.15mm。
如图3所示，位于波导段的脊间距为2mm，喇叭段延伸面窄边长度为259.8mm，喇叭段口面处窄边长度为139mm，馈电中心距离短路板12.5mm，波导段长度为38.3mm，波导段窄边宽度为68mm，喇叭段长度为152mm，喇叭宽面延伸长度为79.85mm。
如图8所示，波导段长度为86mm，波导段宽度为67mm，波导段平行脊间距为2mm，脊宽度为9mm，宽边两楔形间距为16mm，宽度为波导宽边宽度即86mm，内侧高度为8mm，窄边两楔形间距为26mm，宽度为19mm，内侧高度为5mm。
如图9所示，金属条高度为0.91mm，相邻两金属条之间的高度分别为30.04mm、29.13mm、30.04mm、27.31mm、30.04mm。
具体仿真建模方法：
1、建立脊波导，在脊波导的窄壁面中间创建两个楔体，在脊波导的后端面创建短路板；
2、在脊波导的一个宽壁面的外侧中间挖孔，将馈电段的同轴结构插入脊波导，同轴结构的外壁与上脊接触，内壁与下脊接触；
3、建立喇叭段，窄壁面采用介质板代替金属板，介质板上覆有金属条，宽壁面采用指数型曲面替代平面，指数型曲面在喇叭口面处向外延伸，用一个球体与其相切从而得到一个圆弧状结构的缺口，在缺口上开槽；
4、从脊波导的馈电处开始到喇叭段口面处，延宽壁面建立脊结构。
将建好的模型进行仿真，其结果图如图13-22所示，解决了高频方向图旁瓣较高主瓣在高频段过早出现分叉的问题，优化了高频段的驻波比和方向图，频带更宽，方向图尽可能少地出现裂瓣。

Claims (7)

1.一种超宽带TEM喇叭天线，包括短路板(1)、馈电部分(2)、脊波导段(3)和喇叭段(4)；馈电部分(2)位于脊波导段(3)的一侧，短路板(1)位于脊波导段(3)的后端面；在脊波导段(3)的两个窄壁面中间设有外侧高内侧低的楔体；喇叭段(4)的两个窄壁面采用介质板，在介质板上均匀分布金属线；其特征在于喇叭段的两个宽壁面为指数型曲面，在两个宽壁面内侧中间分别设有一个从脊波导段(3)的馈电处延伸到喇叭口面指数型曲线的脊(5)，指数型曲面位于喇叭口面的一端为圆弧状结构的缺口(6)，圆弧状结构的缺口(6)上设有多个槽。
2.根据权利要求1所述的一种超宽带TEM喇叭天线，其特征在于所述的馈电部分(2)采用N型同轴接头，在N型同轴接头的内导体伸出部分上设有加粗部分用于调节驻波。
3.根据权利要求1所述的一种超宽带TEM喇叭天线，其特征在于所述的宽壁面上的指数型脊的曲线为y＝1.1*exp(0.0253*z)-0.03365*z。
4.根据权利要求1所述的一种超宽带TEM喇叭天线，其特征在于所述的指数型宽壁曲面的函数为y＝1.2*exp(0.016*z)+0.18547*z。
5.根据权利要求1所述的一种超宽带TEM喇叭天线，其特征在于所述的介质板的介电常数为4.4，厚度为1mm。
6.根据权利要求1所述的一种超宽带TEM喇叭天线，其特征在于所述的金属线为6条。
7.一种对权利要求1所述的超宽带TEM喇叭天线进行建模的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：建立脊波导，在脊波导的窄壁面中间创建两个楔体，在脊波导的后端面创建短路板；
步骤2：在脊波导的一个宽壁面的外侧中间挖孔，将馈电段的同轴结构插入脊波导，同轴结构的外壁与上脊接触，内壁与下脊接触；
步骤3：建立喇叭段，窄壁面采用介质板代替金属板，介质板上覆有金属条，宽壁面采用指数型曲面替代平面，指数型曲面在喇叭口面处向外延伸，用一个球体与其相切从而得到一个圆弧状结构的缺口，在缺口上开槽；
步骤4：从脊波导的馈电处开始到喇叭段口面处，延宽壁面建立脊结构。
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