CN107887693A - 一种圆极化探头天线结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天线设计领域，特别是一种圆极化探头天线结构。其包括依次连接的馈电部、金属外壳以及介质填充部，其中，所述馈电部为圆盘形，该圆盘形馈电部中央设置有一矩形波导；所述介质填充部包括依次连接的锥台、圆柱部以及波导台阶部；所述波导台阶部包括至少两个波导台阶，所述波导台阶部的顶端设置有旋转波导节，所述旋转波导节与矩形波导形状匹配，并插入在所述矩形波导中；所述金属外壳包裹在圆柱部及波导台阶部的外部。
Description
技术领域
本发明涉及天线设计领域，特别是一种圆极化探头天线结构。
背景技术
探头天线主要应用于无线产品的测试场地中，比如近场测试系统，用于标校待测天线的性能，包括增益、近场幅度和相位、方向图、副瓣电平、极化纯度等性能。近场测试中通常要求探头天线尺寸小、增益高、安装方便等特性，常规的探头天线很难同时满足上述要求。
发明内容
本发明的发明目的在于针对近场测试特殊要求，提供一种使用方便、安装简单、成本较低、增益高的小型化圆极化探头天线。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种圆极化探头天线结构，包括：
馈电部，所述馈电部为圆盘形，该圆盘形馈电部中央设置有一矩形波导；
介质填充部，所述介质填充部包括依次连接的锥台、圆柱部以及波导台阶部；所述波导台阶部包括至少两个波导台阶，所述波导台阶部的顶端设置有旋转波导节，所述旋转波导节与矩形波导形状匹配，并插入在所述矩形波导中；
金属外壳，包裹在圆柱部及波导台阶部的外部。
进一步的，所述波导台阶为两个，分别为第一波导台阶和第二波导台阶。
进一步的，所述锥台、波导台阶部及旋转波导节均由一与圆柱部直径相同的圆柱体切削制成。
进一步的，所述波导台阶部的各个台阶在所述圆柱体上对应位置对称的切割指定深度形成；切割形成的所有台阶平面彼此平行。
进一步的，所述台阶平面的与圆柱侧面相交的棱边设置有倒圆角。
进一步的，所述旋转波导节的矩形截面宽边与所述台阶平面呈45度夹角。
进一步的，所述馈电部上设置有至少一个定位孔。
进一步的，所述馈电部上设置有至少一个螺钉孔。
进一步的，所述介质填充部填充的介质材料为聚四氟乙烯。一些实施例中，所述锥台、圆柱部以及波导台阶部、旋转波导节均由填充介质材料聚四氟乙烯填充；而在另外一些实施例中，圆柱部以及波导台阶部、旋转波导节的填充材料为空气，其形状均由金属外壳来进行限定。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明提供的圆极化探头天线结构采用馈介质填充方式，减小了天线尺寸，介质填充部突出的介质锥台结构可以有效提高天线增益，而旋转波导节45度夹角和至少两个波导台阶结构可以有效提升极化纯度；另外在具体实施例中，还在安装面设计有定位孔和螺钉孔，使得结构整体十分便于安装。
附图说明：
图1是本发明提供固定圆极化探头天线的整体结构。
图2是馈电部与其他部件安装面示意图。
图3是馈电部与金属外壳连接面示意图。
图4是金属外壳结构示意图。
图5是介质填充部结构示意图。
图6是介质填充部形成示意图。
图7a是旋转波导节右旋极化原理图。
图7b是旋转波导节左旋极化原理图。
图中标记：1-介质填充部，11-锥台，12-第一波导台阶，13-第二波导台阶，13a-第二波导台阶截面宽边，13b-第二波导台阶截面短边，14-旋转波导节，2-金属外壳，21、22-定位销钉孔，23、24-安装螺钉孔，3-馈电部，31-第一螺旋孔，32-第一定位孔，33、34-矩形波导，35-第二定位孔，36-第二螺旋孔。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：一种圆极化探头天线结构，包括：
馈电部3，所述馈电部3为圆盘形，该圆盘形馈电部3中央设置有一矩形波导33（34）。
金属外壳2，包裹在圆柱部15及波导台阶部的外部，其内部空间形状与圆柱部15级波导台阶部完全匹配，外形为圆柱形。
介质填充部1，包括依次连接的锥台11、圆柱部15以及波导台阶部；所述波导台阶部包括至少两个波导台阶，波导台阶部的顶端设置有旋转波导节14，旋转波导节14与矩形波导33（34）形状匹配，并插入在所述矩形波导33中；所述波导台阶为两个以上，本实施中，所述波导台阶为两个，分别为第一波导台阶12和第二波导台阶13；如图6所示，锥台11、波导台阶部及旋转波导节14均由一与圆柱部直径相同的圆柱体切削制成；锥台11能增加天线增益，改善探头天线方向图；所述波导台阶部的各个台阶在所述圆柱体上对应位置对称的切割指定深度形成；切割形成的所有台阶平面（如图5中的第一波导台阶的台阶平面120）彼此平行；所述台阶平面的与圆柱侧面相交的棱边设置有倒圆角（如图5中的第一波导台阶台阶平面120与圆柱侧面想交棱边121以及第二波导台阶的棱边131）；本实施例中，圆柱部15的长度可根据需要在0~指定值之间进行调整。
为了方便安装，如图2所示，馈电部3与其他部件安装面上设置有两个第二定位孔32，用于馈电部3与其他部件安装时定位；同时设置有四个第一螺旋孔31，用于天线整体与其他部件的安装固定；如图3所示，馈电部3与金属外壳2连接面上同样设置有两个第二定位孔35以及两个第二螺旋孔36，其分别用于金属外壳2与馈电部3连接时定位及固定连接；与之对应的，图4中可以看到，金属外壳2与馈电部3连接的连接面上，设置有与第二定位孔35、第二螺旋孔36位置对应的定位销钉孔21、22及安装螺钉孔23、24。
根据电磁场极化原理，要实现圆极化，需要满足三个条件：（1）两个场分量空间正交；（2）两个场分量幅度相等；（3）两个场分量相位相差90°。
同时，当从波的传播方向看过去，如果波矢量方向随着时间的变化呈现左手螺旋定则，则为左旋圆极化波，如果满足右手螺旋定则，则为右旋圆极化波。
图7a、图7b分别给出了两种情况下的截面示例图；本实施例中，第一波导台阶12、第二波导台阶13及旋转波导节14的设置正是为了调节正交分量的匹配和相位，实现圆极化所需要的条件。对于幅度而言，旋转波导节14及第二波导台阶13会产生两个正交等幅度的场分量；对于相位而言，通过第二波导台阶13、第一波导台阶12调整两个场分量的相位，使得其相位差为90°。
为了进一步的具体说明该探头天线的工作原理，此处约定，图7a、图7b均是从天线背部往天线辐射口面看过去，即沿着馈电部3往介质填充部1的方向看过去，如无特殊说明，本文中的阐述均遵照该原则。介质填充部中场E垂直于波导宽边分布；以图7a中右旋圆极化波为例进行说明，第二波导台阶13截面的宽边13b与旋转波导节14截面宽边成45°夹角，电场E经过旋转波导节14进入第二波导台阶13分为两个正交的电场Ea`和Eb`分量，通过调整旋转波导节14矩形填充波导宽边和窄边的长度以及第二波导台阶13的截面宽边13b的长度能使得Ea`和Eb`分量大小相等。Ea`和Eb`分量在第一波导台阶12、第二波导台阶13中传播波长不一样即相位变化不一样，如果第二波导台阶13的截面宽边13b收窄，Eb`分量比Ea`分量超前到达锥台11，调整第一波导台阶12、第二波导台阶13长度使到达锥台11相位超前90°，此时，满足右旋圆极化条件，因此从锥台11辐射出去的电磁波为右旋圆极化波。
介质填充部1填充的介质材料为聚四氟乙烯。一些实施例中，所述锥台11、圆柱部15以及波导台阶部、旋转波导节14均由填充介质材料聚四氟乙烯填充；而在另外一些实施例中，圆柱部15以及波导台阶部、旋转波导节14的填充材料为空气，其形状均由金属外壳2的内部空间形状来进行限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种圆极化探头天线结构，其特征在于，包括：
馈电部，所述馈电部为圆盘形，该圆盘形馈电部中央设置有一矩形波导；
介质填充部，所述介质填充部包括依次连接的锥台、圆柱部以及波导台阶部；所述波导台阶部包括至少两个波导台阶，所述波导台阶部的顶端设置有旋转波导节，所述旋转波导节与矩形波导形状匹配，并插入在所述矩形波导中；
金属外壳，包裹在圆柱部及波导台阶部的外部。
2.根据权利要求1所述的圆极化探头天线结构，其特征在于，所述波导台阶为两个，分别为第一波导台阶和第二波导台阶。
3.根据权利要求1或2所述的圆极化探头天线结构，其特征在于，所述锥台、波导台阶部及旋转波导节均由一与圆柱部直径相同的圆柱体切削制成。
4.根据权利要求3所述的圆极化探头天线结构，其特征在于，所述波导台阶部的各个台阶在所述圆柱体上对应位置对称的切割指定深度形成；切割形成的所有台阶平面彼此平行。
5.根据权利要求4所述的圆极化探头天线结构，其特征在于，所述台阶平面的与圆柱侧面相交的棱边设置有倒圆角。
6.根据权利要求4所述的圆极化探头天线结构，其特征在于，所述旋转波导节的矩形截面宽边与所述台阶平面呈45度夹角。
7.根据权利要求1所述的圆极化探头天线结构，其特征在于，所述馈电部上设置有至少一个定位孔。
8.根据权利要求1所述的圆极化探头天线结构，其特征在于，所述馈电部上设置有至少一个螺钉孔。
9.根据权利要求1所述的圆极化探头天线结构，其特征在于，所述介质填充部填充的介质材料为聚四氟乙烯。
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