CN107404000A - 一种糖铲型扇形波束水平扫描天线 - Google Patents

一种糖铲型扇形波束水平扫描天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种糖铲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）、过渡结构（4）和连接结构（5）；所述连接结构（5）包括由喇叭天线（2）的其中一条边连接至反射面（3）的一端形成的第一连接部，及由喇叭天线（2）的另一条边连接至反射面（3）的另一端所在金属板（1）的侧壁形成的第二连接部，并且第二连接部与反射面（3）的另一端之间形成辐射口面；所述过渡结构（4）的一端连接至辐射口面所在的金属板（1）上，且过渡结构（4）的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，可以防止能量泄漏，并且使得能量利用率较高和副瓣较低，并且天线增益较高，能量较集中，性能较优越。

Description

一种糖铲型扇形波束水平扫描天线
技术领域
本发明涉及一种糖铲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
糖铲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，而且具有增益较高、副瓣较低、能量较集中和性能较优越等特点，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能量泄漏较多，能量利用率不高，副瓣较高，加工精度要求较高等缺点。
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，提供一种糖铲型扇形波束水平扫描天线，解决现有的扫描天线通常能量泄漏较多，能量利用率不高，副瓣较高，加工精度要求较高等问题。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种糖铲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、过渡结构和连接结构，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；所述连接结构包括由喇叭天线的其中一条边连接至反射面的一端形成的第一连接部，及由喇叭天线的另一条边连接至反射面的另一端所在金属板的侧壁形成的第二连接部，并且第二连接部与反射面的另一端之间形成辐射口面；所述过渡结构的一端连接至辐射口面所在的金属板上，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：所述连接结构采用金属片。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述两块金属板采用矩形金属板。
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、本发明所提供的糖铲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，制作成本较低廉，极大地降低了成本。利用连接结构可以防止能量泄漏，并且使得能量利用率较高和副瓣较低；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为本发明糖铲型扇形波束水平扫描天线的立体图。
图2为本发明糖铲型扇形波束水平扫描天线的俯视图。
图3为本发明糖铲型扇形波束水平扫描天线的主视图。
图4为本发明糖铲型扇形波束水平扫描天线的左视图。
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-过渡结构，5-连接结构。
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，本发明设计了一种糖铲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、过渡结构4和连接结构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；所述连接结构5可以将喇叭天线2张开的边延伸同样的长度形成，具体包括由喇叭天线2的其中一条边连接至反射面3的一端形成的第一连接部，及由喇叭天线2的另一条边连接至反射面3的另一端所在金属板1的侧壁形成的第二连接部，并且第二连接部与反射面3的另一端之间形成辐射口面，这个口面位于反射面3的正前方，用于将内部的电磁波向外辐射；所述过渡结构4的一端连接至辐射口面所在的金属板1上，且过渡结构4的另一端向自由空间延伸。本发明将喇叭天线2作为馈源天线以及反射面3放置于两块金属板1中间，使整个系统能够实现扇形波束，最终实现水平扫描功能，而且体积较小巧，制作成本较低廉，极大地降低了成本能量较集中，性能较优越。及利用连接机结构5可以防止能量泄漏，及能量利用率和副瓣低。
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。且所述连接结构5优选采用金属片。
优选地，本实施例中所述喇叭天线2的相位中心与反射面3的主焦点位于同一直线上，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的高度等于两块金属板1之间的距离。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。
对于本实施例中，所述馈源天线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位于两块金属板1中间位置时，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。
本发明的天线中，所述金属板1优选采用两块平行放置的矩形结构的金属板，如图1和图2所示，金属板将喇叭天线、反射面和连接结构放置其中，以保证电磁波始终在上下两块金属板中间，不会被泄漏出去，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：在糖铲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2进行馈电，由扇形喇叭天线辐射的柱面波经过反射面3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1一侧的过渡结构4平滑地过渡到自由空间。该过程中，利用连接结构将喇叭天线2和反射面3整体连接形成封闭结构，防止从喇叭天线发出的所有电磁波泄漏出去，使得天线的远旁瓣比较小。
如图5所示，给出了本发明糖铲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软件计算的天线的特性曲线示意图。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，给出了本发明糖铲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20.6dB以上。
如图7所示，给出了本发明糖铲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，给出了本发明糖铲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，本发明的糖铲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)

1.一种糖铲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）、过渡结构（4）和连接结构（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；所述连接结构（5）包括由喇叭天线（2）的其中一条边连接至反射面（3）的一端形成的第一连接部，及由喇叭天线（2）的另一条边连接至反射面（3）的另一端所在金属板（1）的侧壁形成的第二连接部，并且第二连接部与反射面（3）的另一端之间形成辐射口面；所述过渡结构（4）的一端连接至辐射口面所在的金属板（1）上，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所述糖铲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所述糖铲型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述喇叭天线（2）的高度等于两块金属板（1）之间的距离。
4.根据权利要求1所述糖铲型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述反射面（3）的高度等于两块金属板（1）之间的距离。
5.根据权利要求1所述糖铲型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。
6.根据权利要求1所述糖铲型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。
7.根据权利要求6所述糖铲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1所述糖铲型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述连接结构（5）采用金属片。
9.根据权利要求1所述糖铲型扇形波束水平扫描天线，其特征在于：所述两块金属板（1）采用矩形金属板。
10.根据权利要求1所述糖铲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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License type: Common License

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