CN108346861A - 一种高效率宽带喇叭阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带喇叭阵列天线，特别是能有效提高喇叭天线带宽，结构简单的加脊喇叭结构的高效率天线阵列，其结构由阵列天线由多个喇叭天线组成，每个喇叭天线的谐振腔内都构造出一单脊片部，所述的单脊片部由谐振腔的底部向上延伸，喇叭天线的辐射口的下沿位于单脊片部上方，单脊片部的底部与谐振腔之间留有用于耦合信号的耦合缝隙，在每个喇叭天线的底部都连接带状线，所述的带状线伸入至对应喇叭天线耦合缝隙内，各个带状线通过宽带功分器合成形成一路输出信号，本发明采用了传统喇叭阵列与脊波导宽带馈电相结合，实现了宽带天线高效率的目的。相比传统喇叭阵列，带宽大大提高；相比普通脊喇叭天线，效率高。

Description

一种高效率宽带喇叭阵列天线
技术领域
本发明涉及属于电磁反射单元单元装置领域，特别是是提供了一种能有效提高喇叭天线带宽，结构简单的加脊喇叭结构的高效率天线阵列。
背景技术
常规喇叭天线作为宽带阵列天线单元，缺点是谐振腔体尺寸大，导致阵列馈电网络空间太小无法排线，无法满足要求；常规加脊喇叭可以实现超宽带，缺点是结构复杂不易加工，通常作为独立的喇叭或者馈源使用。其作为单元其尺寸超过一个波长，拼阵时频率高端方向图会出现栅瓣等现象。
因此，现有天线方案都无法较好满足宽带喇叭阵列天线的要求。
通过对喇叭引入单片脊既能实现带宽扩展，又能缩小谐振腔尺寸，其特点是结构简单，拼阵后易于加工。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带脊喇叭天线作为单元进行拼阵，该天线在激励腔内加入单脊片来扩展带宽，同时去掉传统脊喇叭上的脊片。天线单元通过带线馈电，很方便形成阵列。该天线既有效提高带宽，又简化了结构，易于加工和馈电，很好的实现了一种高增益宽带阵列天线。
本发明的目的是这样实现：
一种高效率宽带喇叭阵列天线，其包括，阵列天线由多个喇叭天线组成，每个喇叭天线的谐振腔2内都构造出一单脊片部22，所述的单脊片部由谐振腔2的底部向上延伸，喇叭天线的辐射口11的下沿位于单脊片部22上方，单脊片部的底部与谐振腔之间留有用于耦合信号的耦合缝隙23，在每个喇叭天线的底部都连接带状线，所述的带状线32伸入至对应喇叭天线耦合缝隙内，各个带状线通过宽带功分器合成形成一路输出信号。
进一步的，单脊片部22的底端与谐振腔的底部相连。
进一步的，每个天线单元与相邻的天线单元共用一个隔板。
进一步的，每个喇叭天线辐射口11的形状为长方形、正方形、正多边形、圆形或十字缝隙形。
进一步的，单脊片部22的渐变形状为梯形，多阶梯形、指数曲线或任意渐变曲线。
进一步的，阵列天线的底部设置有走线槽31，所述的带状线沿走线槽的内腔延伸。
进一步的，所述的单脊片部的顶端与辐射口11的底沿相连或者所述的单脊片部的顶端与辐射口的底沿之间留有缝隙。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1.本发明采用了传统喇叭阵列与脊波导宽带馈电相结合，实现了宽带天线高效率的目的。相比传统喇叭阵列，带宽大大提高；相比普通脊喇叭天线，效率高。
2.本发明天线阵列结构简单，易于加工，成本低。
3.通过设计了新型的脊结构，剔除掉了喇叭口内的脊结构，使得，本装置保持了同样的高带宽效果，同时精简了结构，使得整体装置易于加工。
4.谐振腔体的设计之初，尺寸确定由最低工作频率确定，最低工作频率由波导截止频率大致估计。由于波导中加入了脊片，可以有效减小尺寸，因为相对于同样尺寸的矩形波导，脊波导的截止波长更大，而特性阻抗更小，带宽也更宽。采用用脊波导，有效地减小尺寸，宽带特性更加良好。脊波导与辐射口之间匹配通过阶梯过渡实现。本天线采用四节阶梯过渡实现匹配。
5.辐射层设计为角锥喇叭。辐射腔上沿尺寸为单元尺寸，下沿尺寸介于谐振腔体与上沿尺寸之间，天线结构设计实现通过分层实现。以带线腔体中心分层，分层后通过数控机床加工而成。天线口面辐射效率经仿真可以达到90％以上，天线带宽可以实现一个倍频。
6.天线馈电网络通过带状线来实现。带状线网络由矩形腔体和金属带线组成，通过印制板实现金属带线走线。
7.为了天线阵列方向图不出现栅瓣，本专利设计天线单元尺寸不大于一个波长。天线单元辐射口尺寸一般小于最高工作频率的波长。
附图说明
图1是本发明天线立体结构示意图。
图2是本发明天线45度视角立体结构示意图。
图3是本发明天线辐射层立体结构示意图。
图4是本发明天线腔体及馈电层立体结构示意图。
附体标记说明：喇叭1、辐射口11、谐振腔2、单脊片部22、耦合缝隙23、输出口3、走线槽31、带状线32。
具体实施方式
以下根据附图1-4对本发明做进一步说明：
一种高效率宽带喇叭阵列天线，阵列天线由多个喇叭天线组成，各个喇叭天线按照4*4排列，每个天线单元与相邻的天线单元共用一个隔板，每个喇叭天线的谐振腔2内都构造出一单脊片部22，所述的单脊片部由谐振腔2的底部向上延伸，喇叭天线的辐射口11的下沿位于单脊片部22上方，所述的单脊片部的顶端与辐射口11的底沿相连或者所述的单脊片部的顶端与辐射口的底沿之间留有缝隙，单脊片部的底部与谐振腔之间留有用于耦合信号的耦合缝隙23，在每个喇叭天线的底部都连接带状线，所述的带状线32伸入至对应喇叭天线耦合缝隙内，阵列天线的底部设置有走线槽31，所述的带状线沿走线槽的内腔延伸，各个带状线通过宽带功分器合成形成一路输出信号。
为保证良好的馈电，单脊片部22的底端与谐振腔的底部相连。
每个喇叭天线辐射口11的形状为长方形、正方形、正多边形、圆形或十字缝隙形。
单脊片部22的渐变形状为梯形，多阶梯形、指数曲线或任意渐变曲线。
宽带功分器即为，多路线路最后合成至一路线路的馈线结构。
以下对本实用新型的设计原理进行说明：
①根据工作频率设计为锥形喇叭。辐射层单元口径不大于最小工作频率对应的波长。锥形喇叭根据天线增益的要求设计M×N个辐射单元11的阵列辐射口面，M或N为大于1的自然数。
②每个喇叭天线的谐振腔内都构造出一单脊片部，单脊片部由谐振腔的底部向上延伸，喇叭天线的辐射口的下沿位于单脊片部上方，单脊片部的底部与谐振腔之间留有用于耦合信号的耦合缝隙。单脊片部为下宽上窄，其形状为梯形，阶梯形，也可以是由宽到窄的任意渐变形状。单脊片部对面有带线耦合口，通过带线将信号传输至耦合缝隙激励谐振腔体，使微波信号能够在谐振腔体谐振并通过辐射层辐射出去。
③天线单元通过宽带馈电网络来馈电。馈电网络采用带状线形式，通过宽带功分网络合成形成一路输出信号。

Claims (7)

1.一种高效率宽带喇叭阵列天线，其特征在于：阵列天线由多个喇叭天线组成，每个喇叭天线的谐振腔(2)内都构造出一单脊片部(22)，所述的单脊片部由谐振腔(2)的底部向上延伸，喇叭天线的辐射口(11)的下沿位于单脊片部(22)上方，单脊片部的底部与谐振腔之间留有用于耦合信号的耦合缝隙(23)，在每个喇叭天线的底部都连接带状线，所述的带状线(32)伸入至对应喇叭天线耦合缝隙内，各个带状线通过宽带功分器合成形成一路输出信号。
2.根据权利要求1所述的一种高效率宽带喇叭阵列天线，其特征在于：单脊片部(22)的底端与谐振腔的底部相连。
3.根据权利要求1所述的一种高效率宽带喇叭阵列天线，其特征在于：每个天线单元与相邻的天线单元共用一个隔板。
4.根据权利要求1所述的一种高效率宽带喇叭阵列天线，其特征在于：每个喇叭天线辐射口(11)的形状为长方形、正方形、正多边形、圆形或十字缝隙形。
5.根据权利要求1所述的一种高效率宽带喇叭阵列天线，其特征在于：单脊片部(22)的渐变形状为梯形，多阶梯形、指数曲线或任意渐变曲线。
6.根据权利要求1所述的一种高效率宽带喇叭阵列天线，其特征在于：阵列天线的底部设置有走线槽(31)，所述的带状线沿走线槽的内腔延伸。
7.根据权利要求1所述的一种高效率宽带喇叭阵列天线，其特征在于：所述的单脊片部的顶端与辐射口(11)的底沿相连或者所述的单脊片部的顶端与辐射口的底沿之间留有缝隙。
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