CN106229636B - 改进的介质加载的宽带tem喇叭天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，包括：TEM喇叭天线、介质加载部分和馈电端口。所述的TEM喇叭天线包括传统TEM天线两臂与低频补偿的短路背板，馈电端口的内芯及外导体分别与TEM喇叭的两臂连接，介质加载在侧地板外侧。本发明结构简单，制作成本低，在保证尺寸的前提下能够实现十分宽的工作频段，能够满足不同条件下的探地雷达需求与系统小型化的需求，应用前景广阔。

Description

改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线
技术领域
本发明涉及TEM喇叭天线，具体涉及改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，尤其是一种小型化的宽带低频介质加载的TEM探地雷达天线，工作于VHF/UHF频段，具有超宽带、小型化特性，可满足多种情况下的探地雷达探测需求。
背景技术
现有技术中，在探地雷达采用如碟形天线等对称阵子天线，此类天线通常尺寸为波长的二分之一，同时需要添加背腔保证天线定向辐射，这类天线带宽有限。也有采用标准喇叭天线或者TEM喇叭，但是尺寸与波长可比拟，天线总体积很大。
经文献检索发现，专利申请号201020599359.2，专利名称为：一种超宽带曲面TEM喇叭天线，专利公开号CN201956462U，该天线应用于超宽带雷达系统，采用TEM天线形式工作带宽1:10以上，然而尺寸仍旧为TEM喇叭常规尺寸，同时由于TEM两臂曲线加工精度要求较高，对形变较为敏感。
检索中还发现，2014年特尼格尔等人在《科学技术与工程》期刊第14卷第8期发表了《低频补偿超宽带TEM喇叭天线的研究与设计》，通过低频补偿，可以在不敢变大尺寸的条件下使工作频率降到更低，但是整体尺寸仍旧大于波长的四分之一。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线。本发明实现了低频扩展的宽带TEM喇叭天线，在保证尺寸小型化的基础上使之能工作于多种频段，可满足多种条件下探地雷达需求。
根据本发明提供的一种改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，包括第一喇叭天线单臂、第二喇叭天线单臂、第一侧面地板、第二侧面地板、补偿背面地板、调谐枝节、第一介质、第二介质、同轴馈电端口；
第一侧面地板的上端连接第一喇叭天线单臂的上端，第一侧面地板的下端连接补偿背面地板；第一喇叭天线单臂的下端连接同轴馈电端口的内导体；
第二侧面地板的上端连接第二喇叭天线单臂的上端，第二侧面地板的下端连接补偿背面地板；第一喇叭天线单臂的下端连接同轴馈电端口的外导体；
第一介质安装在第一侧面地板的外侧；
第二介质安装在第二侧面地板的外侧；
调谐枝节连接在第一侧面地板与同轴馈电端口的内导体之间。
优选地，第一喇叭天线单臂、第二喇叭天线单臂之间对称设置；第一侧面地板、第二侧面地板之间对称设置。
优选地，同轴馈电端口由补偿背面地板的上方贯穿延伸至下方；同轴馈电端口的外导体连接补偿背面地板。
优选地，第一喇叭天线单臂、第二喇叭天线单臂在正向、侧向的投影均为指数曲线形式。
优选地，第一喇叭天线单臂在正向、侧向的投影为不同的指数曲线形式；
第二喇叭天线单臂在正向、侧向的投影为不同的指数曲线形式。
优选地，第一侧面地板、第二侧面地板均为倒等腰梯形，其中，倒等腰梯形的顶边长度大于底边。
优选地，第一介质、第二介质采用的材料是相对介电常数为4.3的FR4。
优选地，同轴馈电端口为同轴转波导形式。
优选地，第一喇叭天线单臂、调谐枝节在正向的投影为不同的指数曲线形式。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明添加低频补偿梯形递变地板，介质加载不同于传统在TEM两臂之间的加载方式，而是在侧地板的外侧，对于带宽范围向低频扩展有很明显的效果，使得天线在保证不增加尺寸的前提下能在更低的频段工作。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明提供的改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线的正向结构示意图。
图2是本发明提供的改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线的侧向结构示意图。
图3是本发明提供的改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线的俯向结构示意图。
图4是本发明提供的改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线的阻抗带宽图。
图中：
101-第一喇叭天线单臂
102-第二喇叭天线单臂
2-补偿背面地板
3-调谐枝节
401-第一介质
402-第二介质
5-同轴馈电端口
601-第一侧面地板
602-第二侧面地板
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，包括：TEM喇叭天线、介质加载部分和馈电端口。所述的TEM喇叭天线包括TEM天线两臂与低频补偿的短路背板，馈电端口的内芯及外导体分别与TEM喇叭的两臂连接，介质加载在侧地板外侧。本发明结构简单，制作成本低，在保证尺寸的前提下能够实现十分宽的工作频段，能够满足不同条件下的探地雷达需求与系统小型化的需求，应用前景广阔。
如图1～图3所示，分别示出相互垂直的正向、侧向、俯向的结构示意图。根据本发明提供的一种改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，包括第一喇叭天线单臂101、第二喇叭天线单臂102、第一侧面地板601、第二侧面地板602、补偿背面地板2、调谐枝节3、第一介质401、第二介质402、同轴馈电端口5。
第一侧面地板601的上端连接第一喇叭天线单臂101的上端，第一侧面地板601的下端连接补偿背面地板2；第一喇叭天线单臂101的下端连接同轴馈电端口5的内导体；第二侧面地板602的上端连接第二喇叭天线单臂102的上端，第二侧面地板602的下端连接补偿背面地板2；第一喇叭天线单臂101的下端连接同轴馈电端口5的外导体。
第一介质401安装在第一侧面地板601的外侧；第二介质402安装在第二侧面地板602的外侧；调谐枝节3连接在第一侧面地板601与同轴馈电端口5的内导体之间。第一喇叭天线单臂101、第二喇叭天线单臂102之间对称设置；第一侧面地板601、第二侧面地板602之间对称设置。同轴馈电端口5由补偿背面地板2的上方贯穿延伸至下方；同轴馈电端口5的外导体连接补偿背面地板2。
第一喇叭天线单臂101、第二喇叭天线单臂102在正向、侧向的投影均为指数曲线形式。并且，第一喇叭天线单臂101在正向、侧向的投影为不同的指数曲线形式；第二喇叭天线单臂102在正向、侧向的投影为不同的指数曲线形式。第一侧面地板601、第二侧面地板602均为倒等腰梯形，其中，倒等腰梯形的顶边长度大于底边。第一介质401、第二介质402采用的材料是相对介电常数为4.3的FR4板。同轴馈电端口5为同轴转波导形式。第一喇叭天线单臂101、调谐枝节3在正向的投影为不同的指数曲线形式。
本发明中阻抗变换方式为从同轴线的50Ω向自由空间377Ω转换，变换形式采取指数曲线形式，是的阻抗变换为渐变而非突变。本发明中天线阻抗带宽结果图如图4所示，小于-10dB的阻抗带宽可满足0.1-3.5GHz，为35：1频宽，可满足超宽带天线的需求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，其特征在于，包括第一喇叭天线单臂(101)、第二喇叭天线单臂(102)、第一侧面地板(601)、第二侧面地板(602)、补偿背面地板(2)、调谐枝节(3)、第一介质(401)、第二介质(402)、同轴馈电端口(5)；
第一侧面地板(601)的上端连接第一喇叭天线单臂(101)的上端，第一侧面地板(601)的下端连接补偿背面地板(2)；第一喇叭天线单臂(101)的下端连接同轴馈电端口(5)的内导体；
第二侧面地板(602)的上端连接第二喇叭天线单臂(102)的上端，第二侧面地板(602)的下端连接补偿背面地板(2)；第一喇叭天线单臂(101)的下端连接同轴馈电端口(5)的外导体；
第一介质(401)安装在第一侧面地板(601)的外侧；
第二介质(402)安装在第二侧面地板(602)的外侧；
调谐枝节(3)连接在第一侧面地板(601)与同轴馈电端口(5)的内导体之间；
调谐枝节(3)在第一喇叭天线单臂(101)的内侧靠近补偿背面地板。
2.根据权利要求1所述的改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，其特征在于，第一喇叭天线单臂(101)、第二喇叭天线单臂(102)之间对称设置；第一侧面地板(601)、第二侧面地板(602)之间对称设置。
3.根据权利要求1所述的改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，其特征在于，同轴馈电端口(5)由补偿背面地板(2)的上方贯穿延伸至下方；同轴馈电端口(5)的外导体连接补偿背面地板(2)。
4.根据权利要求1所述的改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，其特征在于，第一喇叭天线单臂(101)、第二喇叭天线单臂(102)在正向、侧向的投影均为指数曲线形式。
5.根据权利要求1所述的改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，其特征在于，
第一喇叭天线单臂(101)在正向、侧向的投影为不同的指数曲线形式；
第二喇叭天线单臂(102)在正向、侧向的投影为不同的指数曲线形式。
6.根据权利要求1所述的改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，其特征在于，第一侧面地板(601)、第二侧面地板(602)均为倒等腰梯形，其中，倒等腰梯形的顶边长度大于底边。
7.根据权利要求1所述的改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，其特征在于，第一介质(401)、第二介质(402)采用的材料是相对介电常数为4.3的FR4。
8.根据权利要求1所述的改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，其特征在于，同轴馈电端口(5)为同轴转波导形式。
9.根据权利要求1所述的改进的介质加载的宽带TEM喇叭天线，其特征在于，第一喇叭天线单臂(101)、调谐枝节(3)在正向的投影为不同的指数曲线形式。
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