CN107394406A - 一种采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用喇叭天线馈电的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）、过渡结构（4）和支撑结构（5），其中喇叭天线（2）和反射面（3）均设置于平行放置的两块金属板（1）之间，且喇叭天线（2）和反射面（3）位于金属板（1）的两端呈对立设置；所述过渡结构（4）的一端固定连接于两块金属板（1）同一侧，且过渡结构（4）的另一端向自由空间延伸；所述支撑结构（5）连接两块金属板（1）的两侧以将两块金属板（1）支撑起来。本发明使能得到扇形波束并最终实现水平扫描功能，体积较小巧，制作成本较低廉，并且本发明的天线增益较高，能量较集中，性能较优越。

Description

一种采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线
技术领域
本发明涉及一种采用喇叭天线馈电的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
扇形波束水平扫描天线，一般是采用喇叭天线馈电的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结构较复杂，成本较高、增益较低和与传输线匹配不佳等缺点。
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，提供一种采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线，解决现有的天线结构较复杂，成本较高、增益较低和与传输线匹配不佳等问题。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线，包括两块金属板、喇叭天线、反射面、过渡结构和支撑结构，其中喇叭天线和反射面均设置于平行放置的两块金属板之间，且喇叭天线和反射面位于金属板的两端呈对立设置；所述过渡结构的一端固定连接于两块金属板的一侧，且过渡结构的另一端向自由空间延伸；所述支撑结构连接两块金属板的两侧以将两块金属板支撑起来。
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：所述反射面的高度等于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：所述喇叭天线的相位中心位于与反射面的主焦点上。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述喇叭天线采用H面扇形喇叭天线。
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：所述支撑结构采用两个金属片。
本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：
1、本发明所提供的采用喇叭天线馈电的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天线与反射面置于其中，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，制作成本较低廉，极大地降低了成本。且利用支撑结构增强了天线的牢固性，并且本发明的天线增益较高，能量较集中，性能较优越。
2、本发明所采用的过渡结构从两个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为本发明采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线实施例一的立体图。
图2为本发明采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线实施例一的俯视图。
图3为本发明采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线实施例一的左视图。
图4为本发明采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线实施例一的主视图。
图5为本发明采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线实施例二的立体图。
图6是本发明实施例一利用HFSS软件计算的天线的特性曲线示意图。
图7是本发明实施例一利用HFSS软件计算的天线进行阻抗匹配后的增益曲线示意图。
图8是本发明实施例一利用HFSS软件计算的天线进行阻抗匹配后的H面方向图。
图9是本发明实施例一利用HFSS软件计算的天线进行阻抗匹配后的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-过渡结构，5-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。
实施例一、
如图1所示，本发明设计了一种采用喇叭天线馈电的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、过渡结构4和支撑结构5，其中喇叭天线2和反射面3均设置于平行放置的两块金属板1之间，且喇叭天线2和反射面3位于金属板1的两端且呈对立设置；所述过渡结构4的一端固定连接于两块金属板1一侧，且过渡结构4的另一端向自由空间延伸，使得电磁波从金属板内部传输到自由空间时可以平滑过渡而反射较小；所述支撑结构5连接两块金属板1的两侧以将两块金属板1支撑起来。所述支撑结构5可以是任何的可实现支撑功能的结构；整个系统能够实现扇形波束，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。本发明中，由于喇叭天线2和反射面3呈对立设置，而根据喇叭天线2的设置位置不同，可以使得天线分为正馈型和偏馈型。其中，本发明的实施例一为所述正馈型天线，如图1所示，喇叭天线2设置在金属板1的正中位置， 且反射面3的中心点也在金属板1的正中位置，使得呈正对设置后，喇叭天线2可以将波束经反射面3反射，实现正馈。
其中，本实施例采用厚度为2mm的两个金属板1，本发明不对其进行限定。
优选地，所述喇叭天线2的高度等于两块金属板1之间的距离，使得系统容易实现固定。进一步地，所述反射面3的高度等于两块金属板1之间的距离，可以使得金属板更容易固定。
以及，所述喇叭天线2的相位中心和反射面3的主焦点都位于天线的中轴线上，一般而言相位中心跟主焦点是在一条直线上，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，可以增强反射效果；优选地，所述喇叭天线2的相位中心位于与反射面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。
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的波束宽度较窄，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位于两块金属板1中间时，使得反射面3位于两块金属板1中间利用尽可能小的金属板1来接收馈源天线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波束，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，过渡结构从两块金属板1的一侧逐渐向自由空间展开，可以使得电磁波从两块金属板1中间传输到自由空间时可以平滑过渡而反射较小。进一步地，所述过渡结构4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由两个金属薄片构成，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。
本发明的天线中，所述支撑结构5优选采用两块平行放置的金属片，如图1和图3、图4所示，作为支撑结构的左右两个金属片将上下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：在采用喇叭天线馈电的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反射面反射以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。
实施例二、
本发明的实施例二所述偏馈型天线，如图5所示，其与实施例一仅存在的区别是：喇叭天线2设置在金属板1的一个拐角处，反射面3的设置于喇叭天线2的呈对立设置，喇叭天线2可以将波束经反射面3反射。但本发明不限于该两种位置方式，其他位置的设置方式均可，故实施例一中的技术方案同样可适用于实施例二中。优选地，所述喇叭天线2的相位中心位于与反射面3的主焦点上，该偏馈型是将馈源移出二次反射区域，消除了正馈型中馈源在口径面上的遮挡效应，使得天线的副瓣可以更低。
如图6所示，给出了本发明实施例一采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线中实施例一的金属板按厚度为2mm设计时，利用HFSS软件计算的天线特性曲线示意图。由图3可知，天线的-10dB阻抗带宽约为11.0%，即34.5至38.5GHz。
如图7所示，给出了本发明实施例一采用喇叭天线馈电的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25.0dB以上。
如图8所示，给出了本发明实施例一采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线的H面方向图。由图8可知，天线在水平面内具有较窄的波束宽度。
如图9所示，给出了本发明实施例一采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线的E面方向图。由图9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8和图9，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，本发明的采用喇叭天线馈电的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 (9)

1.一种采用喇叭天线馈电的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）、过渡结构（4）和支撑结构（5），其中喇叭天线（2）和反射面（3）均设置于平行放置的两块金属板（1）之间，且喇叭天线（2）和反射面（3）位于金属板（1）的两端呈对立设置；所述过渡结构（4）的一端固定连接于两块金属板（1）的一侧，且过渡结构（4）的另一端向自由空间延伸；所述支撑结构（5）连接两块金属板（1）的两侧以将两块金属板（1）支撑起来。
2.根据权利要求1所述采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述喇叭天线（2）的高度等于两块金属板（1）之间的距离。
3.根据权利要求1所述采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述反射面（3）的高度等于两块金属板（1）之间的距离。
4.根据权利要求1所述采用喇叭天线馈电的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。
5.根据权利要求1所述采用喇叭天线馈电的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。
6.根据权利要求1所述采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述过渡结构（4）采用张角型过渡结构。
7.根据权利要求1所述采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述过渡结构（4）由金属薄片构成。
8.根据权利要求7所述采用喇叭天线馈电的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。
9.根据权利要求1所述采用喇叭天线馈电的扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述支撑结构（5）采用两个金属片。
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