CN109273856A - 一种低驻波比天线结构 - Google Patents

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王克先
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    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns

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Abstract

本发明属于电磁学领域，涉及一种低驻波比天线结构。本发明中所述天线为圆锥天线，所述天线结构包括圆形喇叭口面、锥体、方圆过渡段、矩形过渡段；所述圆形喇叭口面上一条的90°所对应的弧线和另一条120°所对应的弧线被去除一定厚度，最大去除厚度为1mm；所述90°所对应的弧线和120°所对应的弧线，二者有同一条对称轴线。本发明突破了传统设计方法，改善了喇叭天线的一个重要参数——驻波比。

Description

一种低驻波比天线结构
技术领域
本发明属于电磁学领域，涉及一种低驻波比天线结构。
背景技术
我们通常用频率、幅度和相位三个参数来表征一个电磁波信号。在电磁信号的三要素中，相位测试的难度最大。这是因为相位测试对测量环境、测试系统的稳定性要求很高。尤其是反射式测试，任何微小的空间位移都会带来测试数据的明显变化。这是因为反射测试时，反射面空间位置重复性将直接影响测量结果的重复性，这一点与透射法是不同的。但在某些情况下，还必须用反射法测试产品的反射相位。比如很多雷达罩广泛采用了夹层结构，夹层结构罩体在设计中对各层蒙皮和蜂窝均提出了不同成型要求，以达到电气平衡性要求。这就需要在成型过程中对每一层蒙皮及累计电厚度误差进行测量与校正，而不能在成型后仅在成型后对成品件进行测量。成品件如果发现电厚度超差，就难以确定超差区域在结构上的位置。在无法准确确定超差区域位置情况下进行校正，将破坏罩体电气平衡性，电性能将变差，所以必须在成型过程中对雷达罩进行逐层的电厚度控制，以满足电性能设计要求。而成型中的雷达罩带有金属模具，无法采用透射的方式在罩壁两侧安装测试天线，所以只能用反射法测试，以金属模具作为反射面，用反射相位表征罩壁的电厚度变化。
通常用圆锥喇叭天线测试雷达罩反射相位。标准的圆锥喇叭口面是圆形，电磁波从口面辐射后将成为平面波。但这种口面形式不适合雷达罩曲面的相位贴合测试。因为雷达罩外表面是不规则的圆锥形，而喇叭天线的口面是圆形。二者接触后，只会是两个点接触。空间位置的两点接触是一种不稳定接触。这种不稳定会给测试带来致命影响，导致测试数据离散性极大。尤其手持测试时，这种离散性都是随机的和不可控的，这就导致手持的贴合式相位测试时的测量重复性很差，比如有几度、十几度甚至几十度的差值。差值的大小取决与测试者的操作习惯和经验。
雷达罩的相位测试从电磁波传播路径上看，分透过式和反射式。对反射测试来说，从接触方式上看，分贴合测试与贴近测试。其中反射式贴合测试要求驻波比要低，稳定性高。以往的稳定性一直取决于操作者的手法和习惯，测量结果有时因人而异，这就失去了测试的基本要求。本发明通过改进喇叭口面与被测曲面体的接触方法，降低了驻波比，并解决了测试结果不稳定重复性差的问题。
对喇叭天线来说，传统的测试工方法是采用相配的货架产品。电压驻波比是表征喇叭天线反射特性的重要参量。驻波比越高，天线自身的反射性越强。测试过程中的有效反射信号与天线自身反射信号产生耦合形成驻波，驻波信号会对测试精度产生不利影响。因此降低测试天线的驻波比是提高测试质量的重要方向。目前国内对该参数的选择没有国标或国军标要求，美国航空航天研究与试验委员会提出的选择标准是：对于高精度反射法的电厚度测量，喇叭天线驻波比应在1.02～1.04。中国航空工业集团公司的专用标准《机载天线罩电厚度测量与校正方法》(Q/AVIC-04066-2015)对相位测试天线的驻波比要求是不大于1.08。而国内普通喇叭天线货架产品的驻波比通常在1.2左右。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种低驻波比天线结构，大幅降低喇叭驻波比，还使得口面与被测雷达罩表面能稳定接触。
本发明的技术方案是：一种低驻波比天线结构，所述天线为圆锥天线，所述天线结构包括圆形喇叭口面、锥体、方圆过渡段、矩形过渡段；所述圆形喇叭口面上一条的90°所对应的弧线和另一条120°所对应的弧线被去除一定厚度，最大去除厚度为1mm；所述90°所对应的弧线和120°所对应的弧线，二者有同一条对称轴线。
本发明的有益效果：本发明突破了传统设计方法，改善了喇叭天线的一个重要参数——驻波比。目前国内对该参数的选择没有国标货国军标要求，美国航空航天研究与试验委员会提出的选择标准是：对于高精度反射法的电厚度测量，喇叭天线驻波比应在1.02～1.04；中国航空工业集团公司的专用标准《机载天线罩电厚度测量与校正方法》(Q/AVIC-04066-2015)对相位测试天线的驻波比要求是不大于1.08。而国内普通喇叭天线货架产品的驻波比通常在1.2左右。而本发明通过选定两段相应角度的弧线进行去除和去除厚度的选择，通过验证，达到了国内喇叭天线在电厚度测试领域内的最低驻波比水平(见表1)，具有意想不到的技术效果。同时圆形喇叭口面的外形设计，满足了不同曲率的被测表面的稳定性接触要求，确保了测试数据的可重复性。
附图说明
图1为本发明的圆形喇叭口面的正视图；
图2为本发明的圆形喇叭口面的俯视图；
其中，1-去除弧线，最大去除量1.0mm。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
一种低驻波比天线结构，所述天线为圆锥天线，所述天线结构包括圆形喇叭口面、锥体、方圆过渡段、矩形过渡段；所述圆形喇叭口面上一条的90°所对应的弧线和另一条120°所对应的弧线被去除一定厚度，最大去除厚度为1mm；所述90°所对应的弧线和120°所对应的弧线，二者有同一条对称轴线。
本发明突破了传统设计方法，提高了喇叭天线的一个重要参数——驻波比。驻波比是表征喇叭天线反射特性的重要参量。目前国内对该参数的选择没有国标或国军标要求，美国航空航天研究与试验委员会提出的选择标准是：对于高精度反射法的电厚度测量，喇叭天线驻波比应在1.02～1.04。中国航空工业集团公司的专用标准《机载天线罩电厚度测量与校正方法》(Q/AVIC-04066-2015)对相位测试天线的驻波比要求是不大于1.08。而国内其它普通喇叭天线货架产品的驻波比通常在1.2左右。本喇叭天线通过对频率点、外形、尺寸等输入参数的优化、调整与仿真，增加了优化参数，达到了国内喇叭天线在电厚度测试领域内的最低驻波比水平(见表1)；同时口面的外形设计，满足了不同曲率的被测表面的稳定性接触要求，确保了测试数据的可重复性。
表1是对仿真结果实际验证的测试实例。对直径35mm圆锥喇叭天线进行口面结构的调整，材料为黄铜，两段对应的角度分别是90°和120°，去除的对大厚度分别为1.0mm、0.6mm。在9.5GHz频率下，驻波比最低为1.037。在1GHz带宽范围内，驻波比低于1.10.
表1喇叭驻波比测试结果
9.0GHz 9.5GHz 10.0GHz
两段弧喇叭 1.079 1.037 1.091
在圆形与不规则曲面体的接触形式上，两点接触是最不稳定的。由不稳定带来的测试数据的重复性差是反射法贴合式相位测试的最大困惑。而通用的圆锥喇叭都是标准圆形。通过改进喇叭的口面设计，达到稳定接触的效果，目的是在降低喇叭波比的同时，解决相位测试的稳定性。
本发明可用于雷达罩的反射相位贴合测试，有助于提高测试的稳定性，确保测试数据的可重复性。有效率、高可信度的相位测试，对提高雷达罩成型质量、改善产品指标有积极的意义。本发明在航空武器装备研制和民用航空领域有一定的应用价值，具有一定的军事效益和经济效益。

Claims (1)

1.一种低驻波比天线结构，所述天线为圆锥天线，所述天线结构包括圆形喇叭口面、锥体、方圆过渡段、矩形过渡段；其特征为：
所述圆形喇叭口面上一条的90°所对应的弧线和另一条120°所对应的弧线被去除一定厚度，最大去除厚度为1mm；所述90°所对应的弧线和120°所对应的弧线，二者有同一条对称轴线。
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