CN107394341A - 一种双层正馈型扇形波束水平扫描天线 - Google Patents

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施玲玲
黄晓东
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    • H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation
    • H01Q5/55—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation for horn or waveguide antennas

Abstract

本发明公开了一种双层正馈型扇形波束水平扫描天线，包括：两块金属板（1）、喇叭天线（2）、反射面（3）、金属隔板（4）、过渡结构（5）和支撑结构（6），所述金属隔板（4）设置于两块金属板（1）之间，将其空间分成上下两层；所述喇叭天线（2）设置于金属隔板（4）和位于下层的金属板（1）之间；所述反射面（3）与喇叭天线（2）呈对立设置，且在水平方向与金属隔板（4）存在间隙；所述过渡结构（4）的一端固定连接于位于上层的金属板（1）和金属隔板（4），且另一端向自由空间延伸。本发明能得到扇形波束并最终实现水平扫描功能，体积较小巧，副瓣得到降低，天线增益较高，能量较集中，性能较优越，可良好地实现与传输线匹配。

Description

一种双层正馈型扇形波束水平扫描天线
技术领域
本发明涉及一种双层正馈型扇形波束水平扫描天线，属于射频天线的技术领域。
背景技术
双层正馈型扇形波束水平扫描天线使整个系统能够实现扇形波束，最终实现水平扫描功能，而且具有体积较小巧，能量较集中，性能较优越等特点，广泛应用于雷达和远程微波通信系统等领域。
目前，现有的扫描天线通常具有体积较大、副瓣较高、制造价格昂贵、与传输线匹配不好等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种双层正馈型扇形波束水平扫描天线，解决现有的扫描天线通常体积较大、副瓣较高、制造价格昂贵、与传输线匹配不好等问题。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种双层正馈型扇形波束水平扫描天线，包括：两块金属板、喇叭天线、反射面、金属隔板、过渡结构和支撑结构，其中两块金属板呈平行放置，且利用支撑结构设置于两块金属板的两侧将两块金属板支撑起来；所述金属隔板设置于两块金属板之间，将其空间分成上下两层；所述喇叭天线设置于金属隔板和位于下层的金属板之间；所述反射面设置于两块金属板之间并与喇叭天线呈对立设置，且在水平方向与金属隔板存在间隙；所述过渡结构的一端固定连接于位于上层的金属板和金属隔板，且过渡结构的另一端向自由空间延伸。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述喇叭天线的相位中心位于反射面的主焦点上。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述喇叭天线的高度等于金属隔板和位于下层的金属板之间的距离。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述反射面的高度等于上下两块金属板之间的距离。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述过渡结构采用张角型过渡结构。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述过渡结构由金属薄片构成。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述金属薄片至少为两个。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述金属薄片为铜片。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述支撑结构采用两块金属片。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述喇叭天线采用H面扇形喇叭天线。
本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：
1、本发明所提供的双层正馈型扇形波束水平扫描天线，结构简单、便于加工制作，该天线使用两块尽可能小的金属板将馈源与反射面置于其中，能得到扇形波束，并最终实现水平扫描功能，而且体积较小巧，副瓣得到降低，制作成本较低廉，极大地降低了成本。并且本发明利用分层结构实现了波束的分层传输，天线增益较高，能量较集中，性能较优越，可以良好地实现与传输线匹配。
2、本发明所采用的过渡结构从两块金属板的一侧逐渐向自由空间展开，可以使得电磁波从金属板内部传输到自由空间时平滑过渡而反射较小。
附图说明
图1为本发明双层正馈型扇形波束水平扫描天线的立体图。
图2为本发明双层正馈型扇形波束水平扫描天线的俯视图。
图3为本发明双层正馈型扇形波束水平扫描天线的左视图。
图4为本发明双层正馈型扇形波束水平扫描天线的主视图。
图5是本发明利用HFSS软件计算的天线的特性曲线示意图。
图6是本发明利用HFSS软件计算的天线的增益曲线示意图。
图7是本发明利用HFSS软件计算的天线的H面方向图。
图8是本发明利用HFSS软件计算的天线的E面方向图。
其中附图标记解释：1-金属板，2-喇叭天线，3-反射面，4-金属隔板，5-过渡结构，6-支撑结构。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。
如图1所示，本发明设计了一种双层正馈型扇形波束水平扫描天线，包括：两块金属板1、喇叭天线2、反射面3、金属隔板4、过渡结构5和支撑结构6，其中两块金属板1呈平行放置，且利用支撑结构6设置于两块金属板的两侧将两块金属板1支撑起来；所述金属隔板4设置于两块金属板1之间，将其空间分成上下两层；所述喇叭天线2设置于金属隔板4和位于下层的金属板1之间；所述反射面3设置于两块金属板1之间，可以与喇叭天线2分别设置在金属板1的两端，并与喇叭天线2呈对立设置，且在水平方向与金属隔板4存在间隙；所述过渡结构4的一端固定连接于位于上层的金属板1和金属隔板4，且过渡结构5的另一端向自由空间延伸。所述支撑结构6位于两块金属板的两侧，将两块金属板支撑起来。整个系统利用分层结构实现了波束的分层传输，能够实现扇形波束，最终实现水平扫描功能，而且体积较小巧，能量较集中，性能较优越。
其中，本实施例采用厚度为2mm的金属板，本发明不对其进行限定。
优选地，本实施例中所述喇叭天线2的相位中心和反射面3的主焦点都位于抛物面的中轴线上，一般而言相位中心跟主焦点在一条直线上，喇叭天线2的相位中心和反射面3的主焦点都位于抛物面的中轴线上，优选时是两者重合时可以增强反射效果；优选地，所述喇叭天线2的相位中心位于反射面3的主焦点上，如图2所示的俯视图中，喇叭天线2的相位中心位于反射面3的主焦点上，由此使得喇叭天线2和反射面3可以正对地相对设置，可以使得波束在正对的反射面3上有效反射，提高反射效果。
以及，所述喇叭天线2的高度优选等于金属隔板4和位于下层的金属板1之间的距离。且所述反射面3的高度等于上下两块金属板1之间的距离，使得天线的稳定性提高。
对于本实施例中，所述喇叭天线2可以采用H面扇形喇叭天线。H面是指通过天线最大辐射方向并平行于磁场矢量的平面，扇形波束一般是指方位面内波束宽度较窄，而俯仰面内的波束宽度相对较宽的波束。本发明中，优选地，所述反射面3位于上下两块金属板1中间位置时，使得反射面3位于上下两块金属板1中间利用尽可能小的金属板1来接收喇叭天线2辐射出的绝大部分能量。以及，反射面的形状可以是抛物线型，圆弧型，双曲线型等，利用抛物反射面可以更宽泛地接收到反射光束，但本发明不限于该种结构的抛物反射面，其他结构的反射面同样适用于本发明中。
本发明的天线中，所述过渡结构4优选采用张角型过渡结构，如图1和图3、图4所示，过渡结构从上金属板1和金属隔板4的一侧逐渐向自由空间展开，可以使得电磁波从上层的金属板1和金属隔板4中间传输到自由空间时平滑过渡而反射较小。进一步地，所述过渡结构5可以由金属薄片构成，以及所述金属薄片至少为两个，本实施例中所采用的结构为两个金属薄片构成，两个金属薄片呈非平行且相对向内设置，使得其之间形成张角型空间，但本发明不限于该种方式，本发明不对其进行限定。优选地，所述金属薄片可以为铜片。
本发明的天线中，所述支撑结构6优选采用两块平行放置的金属片，如图1和图2、图3所示，支撑结构6将两块金属板支撑起来，以保证两块金属板中间的距离处处相等，但本发明不限于该种结构和材料，本发明不对其进行限定。
本发明的扫描天线的工作原理是：在双层正馈型扇形波束水平扫描天线中，用矩形波导为H面扇形喇叭天线进行馈电，由扇形喇叭天线辐射的柱面波经过下层的反射面反射以后到达上层，再由上层的反射面反射后，在整个天线口径面上形成了相位相同的平面波，最后通过金属板一侧的过渡结构平滑地过渡到自由空间。
如图5所示，给出了本发明双层正馈型扇形波束水平扫描天线的金属板按厚度为2mm设计时，利用HFSS软件计算的天线特性曲线示意图。由图5可知，天线的-10dB阻抗带宽约为11.0%，即34.5至38.5GHz。
如图6所示，给出了本发明双层正馈型扇形波束水平扫描天线在34.5至38.5GHz增益变化曲线示意图，从图中可以看出该天线增益基本在26.0dB以上。
如图7所示，给出了本发明双层正馈型扇形波束水平扫描天线的H面方向图。由图7可知，天线在水平面内具有较窄的波束宽度。
如图8所示，给出了本发明双层正馈型扇形波束水平扫描天线的E面方向图。由图8可知，天线在垂直面内具有较宽的波束宽度，可以实现垂直面较好的覆盖。
综合对比图7和图8，可看出本发明的扫描天线的增益较高，能量较集中，可以实现水平面内扫描的功能。
综上，本发明的双层正馈型扇形波束水平扫描天线能够实现水平方向较宽范围内的扫描，而且天线结构对称简单，易于加工制作。因此本发明有着广泛的应用前景。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种双层正馈型扇形波束水平扫描天线，其特征在于，包括：两块金属板（1）、喇叭天线（2）、反射面（3）、金属隔板（4）、过渡结构（5）和支撑结构（6），其中两块金属板（1）呈平行放置，且利用支撑结构（5）设置于两块金属板的两侧将两块金属板（1）支撑起来；所述金属隔板（4）设置于两块金属板（1）之间，将其空间分成上下两层；所述喇叭天线（2）设置于金属隔板（4）和位于下层的金属板（1）之间；所述反射面（3）设置于两块金属板（1）之间并与喇叭天线（2）呈对立设置，且在水平方向与金属隔板（4）存在间隙；所述过渡结构（4）的一端固定连接于位于上层的金属板（1）和金属隔板（4），且过渡结构（4）的另一端向自由空间延伸。
2.根据权利要求1所述双层正馈型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述喇叭天线（2）的相位中心位于反射面（3）的主焦点上。
3.根据权利要求1所述双层正馈型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述喇叭天线（2）的高度等于金属隔板（4）和位于下层的金属板（1）之间的距离。
4.根据权利要求1所述双层正馈型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述反射面（3）的高度等于上下两块金属板（1）之间的距离。
5.根据权利要求1所述双层正馈型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述过渡结构（5）采用张角型过渡结构。
6.根据权利要求1所述双层正馈型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述过渡结构（5）由金属薄片构成。
7.根据权利要求6所述双层正馈型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述金属薄片至少为两个。
8.根据权利要求6所述双层正馈型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述金属薄片为铜片。
9.根据权利要求1所述双层正馈型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述支撑结构（6）采用两块金属片。
10.根据权利要求1所述双层正馈型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述喇叭天线（2）采用H面扇形喇叭天线。
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