CN106450780B - 一种单槽深结构的双频段波纹喇叭天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单槽深结构的双频段波纹喇叭天线，该双频段波纹喇叭天线沿其敞口方向划分为模式变换段和辐射段；所述模式变换段的内壁上沿敞口方向设有若干个槽深度线性递减的环形凹槽，所述的槽深度由选定的双频段电磁波长二分之一的偶数倍线性递减至电磁波长四分之一的奇数倍，用于将输入喇叭的TE11模电磁波转换为HE11模电磁波，所述辐射段的内壁上沿敞口方向设有若干个槽深度相同的环形凹槽，用于将HE11模电磁波向外部空间辐射。本发明的双频段波纹喇叭天线采用单槽深结构，可以同时工作在两个波段，两个频带内的驻波系数小于1.2，副瓣低于‑30dB，天线远场E面方向图与H面一致性良好，是一种性能优良的单槽深结构的双频段波纹喇叭天线。

Description

一种单槽深结构的双频段波纹喇叭天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种单槽深结构的双频段波纹喇叭天线。
背景技术
随着微波遥感及卫星通信事业的蓬勃发展，其设备往往要求天线具备双频段工作的能力，从而减少设备的体积和重量，提升设备的机动灵活性和可携带性。
目前，现有的双频波纹喇叭天线，一般采用双槽深结构以及环加载结构。双槽深结构如图1所示，它采用两种尺寸的波纹槽交替排列，每种尺寸的波纹槽对应一个工作频带，从而实现双频工作。但是，双槽深结构由于相邻槽深的突变，会在一定程度上影响电磁波的传输性能，尤其是高频电磁波的传输性能。环加载结构如图2所示，通过将波纹末端区域的厚度增大来扩展波纹喇叭的工作带宽，但是这种结构增大了波纹喇叭加工的难度，而且在一定程度上影响高频段范围内的驻波性能。
发明内容
本发明的目的在于，为解决现有的双频波纹喇叭天线采用双槽深结构以及环加载结构存在的上述技术问题，本发明提供了一种单槽深结构的双频段波纹喇叭天线，单槽深结构不仅有效避免由于双槽深结构对于电磁波传输的影响，提升波纹喇叭天线的性能，而且相对于环加载结构，能够很大程度上降低波纹喇叭天线的加工难度。
为实现上述目的，本发明提供了一种单槽深结构的双频段波纹喇叭天线，该双频段波纹喇叭天线沿其敞口方向划分为模式变换段和辐射段；所述模式变换段的内壁上沿敞口方向设有若干个槽深度线性递减的环形凹槽，所述的槽深度由选定的双频段电磁波长二分之一的偶数倍线性递减至电磁波长四分之一的奇数倍，用于将输入喇叭的TE11模电磁波转换为HE11模电磁波，所述辐射段的内壁上沿敞口方向设有若干个槽深度相同的环形凹槽，用于将HE11模电磁波向外部空间辐射。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的双频段为V波段和K波段；所述模式变换段的内壁上设有9个环形凹槽，所述9个环形凹槽的槽深度由V波段的波长线性递减至V波段的四分之三波长，该9个环形凹槽的槽宽度沿敞口方向线性递减；所述辐射段的内壁上设有35个环形凹槽，所述35个环形凹槽的槽深度均为V波段的四分之三波长。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的9个环形凹槽的槽宽度由0.6mm线性增大至1.2mm，槽间距均为2mm。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的35个环形凹槽的槽宽度均为1.2mm，槽间距均为2mm。运用高频电磁场仿真软件Ansoft HFSS对上述波纹喇叭天线进行仿真计算，可得该波纹喇叭天线在K波段范围内的驻波系数小于1.05，V波段范围内的驻波系数小于1.2。
本发明的一种单槽深结构的双频段波纹喇叭天线优点在于：
本发明提供的一种单槽深结构的双频段波纹喇叭天线，它采用单槽深结构，可以同时工作在K波段(22GHz-30GHz)和V波段(50GHz-60GHz)，两个频带内的驻波系数小于1.2，副瓣低于-30dB，天线远场E面方向图与H面一致性良好，是一种性能优良的单槽深结构的双频段波纹喇叭天线。
附图说明
图1是双槽深结构的波纹喇叭天线的波纹示意图。
图2是环加载结构的波纹喇叭天线的波纹示意图。
图3是本发明的一种单槽深结构的双频段波纹喇叭天线的波纹示意图。
图4是本发明的双频段波纹喇叭天线在K波段范围内的驻波曲线示意图。
图5是本发明的双频段波纹喇叭天线在V波段范围内的驻波曲线示意图。
图6是本发明的双频段波纹喇叭天线在K波段的远场方向图。
图7是本发明的双频段波纹喇叭天线在V波段的远场方向图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的一种单槽深结构的双频段波纹喇叭天线进行详细说明。
本发明提供的一种单槽深结构的双频段波纹喇叭天线，该双频段波纹喇叭天线沿其敞口方向划分为模式变换段和辐射段；所述模式变换段的内壁上沿敞口方向设有若干个槽深度线性递减的环形凹槽，所述的槽深度由选定的双频段电磁波长二分之一的偶数倍线性递减至电磁波长四分之一的奇数倍，用于将输入喇叭的TE11模电磁波转换为HE11模电磁波，所述辐射段的内壁上沿敞口方向设有若干个槽深度相同的环形凹槽，用于将HE11模电磁波向外部空间辐射。
实施例一
如图3所示，为本实施例中的波纹喇叭天线的内部波纹结构图，包括：模式变换段和辐射段两部分，共计44个波纹，每个波纹对应的环形凹槽的周期宽度为p，槽宽为w，槽深为t。其中前9个波纹为模式变换段，波纹周期p＝2mm，槽深由V波段(55GHz)的波长λV＝5.45mm线性递减至V波段(55GHz)的四分之三波长该槽深的变化情况十分接近由K波段(26GHz)的二分之一波长线性递减至K波段的四分之一波长根据电磁场理论，当喇叭壁上的波纹槽深由电磁波长二分之一的偶数倍线性变化至为电磁波长四分之一的奇数倍时，能够将圆波导内的TE11模电磁波有效的转换为HE11模电磁波。HE11模电磁波是一种平衡混合模电磁波，这种电磁波的辐射具有圆对称辐射方向图、低交叉极化、低副瓣、高波束效率、较宽的工作带宽和明确而稳定的辐射相心等优点。因此，上述所设计的波纹槽可以同时将K波段和V波段的TE11模电磁波转换为HE11模电磁波，从而实现双频段工作。模式变换段中波纹的槽宽w由0.6mm线性增大至1.2mm，相比波纹槽宽全部采用w＝1.2mm设计，该设计能够实现TE11模电磁波至HE11模电磁波逐级平稳的变换，减少高次模式的产生，从而增大了波纹喇叭的驻波带宽。
如图3所示，波纹喇叭天线上设置的第10个至第44个波纹为辐射段，用来传输K波段和V波段的HE11模电磁波并辐射至自由空间。辐射段的波纹周期p＝2mm，槽宽w＝1.2mm，当槽深为电磁波长四分之一的奇数倍时，可以产生HE11模式，由于V波段电磁波波长较小，因此设计槽深与K波段的四分之一波长相差不大。因此，该辐射段可以同时传输K波段和V波段的HE11模电磁波，并辐射至自由空间，从而实现双频工作。
利用上述实施例一中的波纹喇叭天线实现K、V波段双频工作，通过实验证明：图4为该波纹喇叭天线在K波段范围内的驻波曲线，K波段范围内的驻波系数小于1.05；图5为该波纹喇叭天线在V波段范围内的驻波曲线，V波段范围内的驻波系数小于1.2。
图6是本发明的双频波纹喇叭天线在K波段的远场方向图，增益为21dB，副瓣电平小于-35dB，其中实线为E面方向图，虚线为E面方向图，电场方向与电磁波传输方向所确定的平面为电磁波的E面，磁场方向与电磁波传输方向所确定的平面为电磁波的H面，从图中看E面方向图与H面方向图的一致性良好，表示喇叭天线辐射的波束接近理想的高斯波束，高斯波束是一种在空气中传输的高性能电磁场波束。
图7是本发明的双频波纹喇叭天线在V波段的远场方向图，增益为25dB，副瓣电平小于-30dB，其中实线为E面方向图，虚线为E面方向图，从图中看E面方向图与H面方向图的一致性良好。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种单槽深结构的双频段波纹喇叭天线，其特征在于，该双频段波纹喇叭天线沿其敞口方向划分为模式变换段和辐射段；所述模式变换段的内壁上沿敞口方向设有若干个槽深度线性递减的环形凹槽，所述的槽深度由选定的双频段电磁波长二分之一的偶数倍线性递减至电磁波长四分之一的奇数倍，用于将输入喇叭的TE11模电磁波转换为HE11模电磁波，所述辐射段的内壁上沿敞口方向设有若干个槽深度相同的环形凹槽，用于将HE11模电磁波向外部空间辐射；
所述的双频段为V波段和K波段；所述模式变换段的内壁上设有9个环形凹槽，所述9个环形凹槽的槽深度由V波段的波长线性递减至V波段的四分之三波长，该9个环形凹槽的槽宽度沿敞口方向线性递减；所述辐射段的内壁上设有35个环形凹槽，所述35个环形凹槽的槽深度均为V波段的四分之三波长。
2.根据权利要求1所述的单槽深结构的双频段波纹喇叭天线，其特征在于，所述的9个环形凹槽的槽宽度由0.6mm线性增大至1.2mm，槽间距均为2mm。
3.根据权利要求1所述的单槽深结构的双频段波纹喇叭天线，其特征在于，所述的35个环形凹槽的槽宽度均为1.2mm，槽间距均为2mm。
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