CN109672022A - 一种圆锥喇叭天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆锥喇叭天线，属于卫星通信和微波通信技术领域。其包括圆锥喇叭口、低频谐振腔和高频谐振腔，高频谐振腔的直径小于低频谐振腔的直径；低频谐振腔的腔壁上设有两个第一耦合槽，每个第一耦合槽的耦合端口处均设有一个沿谐振腔周向延伸的第一弧形沟槽，高频谐振腔的腔壁上设有两个第二耦合槽，每个第二耦合槽的耦合端口处均设有一个沿谐振腔周向延伸的第二弧形沟槽，第二弧形沟槽的延伸方向与第一弧形沟槽的延伸方向相反；低频谐振腔中插入有低频极化探针，高频谐振腔中插入有高频极化探针，两个第一耦合槽所确定的平面与低频极化探针呈45度夹角，高频极化探针与低频极化探针呈90度夹角。该天线结构简单、紧凑，辐射效率高。

Description

一种圆锥喇叭天线
技术领域
本发明涉及卫星通信和微波通信技术领域，特别是指一种圆锥喇叭天线。
背景技术
目前，通信频段越来越向高频段发展。相比于工作在L、S波段的天线，工作在Ku、Ka波段的天线要求具有尺寸小、增益高、点波束的特性。特别地，其收发工作频段距离较远，需要天线双频工作，且需要圆极化辐射。现有技术中能够实现上述性能的天线主要有以下几种天线形式，但都各有优缺点：
1、波导缝隙天线，该形式天线在波导宽边或窄边上具有开缝，该天线通常有行波、驻波两种阵列形式。该天线辐射单元缝隙的增益相对较低，通常只有7dB左右。此外，由于该天线为串馈形式，其带宽内会出现频扫现象，这样，随着工作频率的增高，对加工精度的要求也越高，需借助较高的焊接工艺加工制造。故这种天线的成品率较低，成本较高，且实现双频圆极化共口径辐射的难度较大。
2、微带贴片天线，该形式天线具有轮廓低、可集成有源器件、可实现辐射单元与网络一体化设计的特点，但该天线的介质损耗较大，且存在漏波效应，天线单元增益低、馈电网络损耗大，不利于实现高增益天线设计。
3、反射面天线，该形式天线在Ka频段具有很好的射频性能，差损低、辐射效率高、实现圆极化辐射的技术较为简单，但该形式天线物理尺寸较大，不适用于一些空间狭小的场合。
4、透镜天线，该形式天线与反射面天线类似，通常采用馈源照射介质球、介质饼的方式，使波束聚焦，从而实现高增益照射的目的，但是，该天线同样具有天线体积尺寸过大的问题，无法实现波束调整的功能。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种圆锥喇叭天线，该天线为双频圆极化辐射，具有损耗低、辐射效率高、隔离度高、结构紧凑的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种圆锥喇叭天线，其包括从上到下顺次共轴设置的圆锥喇叭口1、圆柱形的低频谐振腔2和圆柱形的高频谐振腔3，高频谐振腔3的直径小于低频谐振腔2的直径；
低频谐振腔2的腔壁上设有两个彼此正对的沿谐振腔轴向延伸的第一耦合槽8，每个第一耦合槽8的耦合端口处均设有一个沿谐振腔周向延伸的第一弧形沟槽6，两个第一弧形沟槽6的延伸方向相同；高频谐振腔3的腔壁上设有两个彼此正对的沿谐振腔轴向延伸的第二耦合槽9，每个第二耦合槽9的耦合端口处均设有一个沿谐振腔周向延伸的第二弧形沟槽7，两个第二弧形沟槽7的延伸方向相同，第二弧形沟槽7的延伸方向与第一弧形沟槽6的延伸方向相反；两个第一耦合槽8所确定的平面与两个第二耦合槽9所确定的平面垂直；
低频谐振腔2中沿径向插入有低频极化探针4，高频谐振腔3中沿径向插入有高频极化探针5，两个第一耦合槽8所确定的平面与低频极化探针4呈45度夹角，高频极化探针5与低频极化探针4呈90度夹角。
具体的，所述低频谐振腔2的直径为0.5λl，所述第一耦合槽8的槽宽为0.025λl，槽长为0.13λl，所述第一弧形沟槽6的槽宽为0.03λl，延伸角度为33°，低频极化探针4插入低频谐振腔2中的长度为0.22λl，低频极化探针4的插入位置到低频谐振腔2的底部的距离为0.17λl，所述λl为低频谐振腔2对应低频段的中心频率波长。
具体的，所述高频谐振腔3的直径为0.5λh，所述第二耦合槽9的槽宽为0.025λh，槽长为0.13λh，所述第二弧形沟槽7的槽宽为0.03λh，延伸角度为33°，高频极化探针5插入高频谐振腔3中的长度为0.22λh，高频极化探针5的插入位置到高频谐振腔3的底部的距离为0.17λh，所述λh为高频谐振腔3对应高频段的中心频率波长。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1、本发明包括低频谐振腔和高频谐振腔，低频谐振腔和高频谐振腔上均具有耦合槽和弧形沟槽，低频谐振腔和高频谐振腔内均插有探针，且对槽与探针的设置方式做了特别限定。这种结构的天线具有整体结构简单紧凑、辐射效率高的特点。
2、通过对天线结构参数的特别设定，本发明天线可实现阻抗带宽大于20%，带宽内增益大于8.5dB，辐射效率大于75%，小于3dB的轴比带宽大于25%，端口隔离带宽内大于30%，性能指标优良。
3、本天线为双频圆极化辐射形式，可作为平面阵列辐射单元，实现高效率窄波束辐射。
附图说明
图1是本发明实施例中天线的立体结构示意图。
图2是图1的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
如图1和2所示，一种圆锥喇叭天线，其包括从上到下顺次共轴设置的圆锥喇叭口1、圆柱形的低频谐振腔2和圆柱形的高频谐振腔3，高频谐振腔3的直径小于低频谐振腔2的直径；
低频谐振腔2的腔壁上设有两个彼此正对的沿谐振腔轴向延伸的第一耦合槽8，每个第一耦合槽8的耦合端口处均设有一个沿谐振腔周向延伸的第一弧形沟槽6，两个第一弧形沟槽6的延伸方向相同；高频谐振腔3的腔壁上设有两个彼此正对的沿谐振腔轴向延伸的第二耦合槽9，每个第二耦合槽9的耦合端口处均设有一个沿谐振腔周向延伸的第二弧形沟槽7，两个第二弧形沟槽7的延伸方向相同，第二弧形沟槽7的延伸方向与第一弧形沟槽6的延伸方向相反；两个第一耦合槽8所确定的平面与两个第二耦合槽9所确定的平面垂直；
低频谐振腔2中沿径向插入有低频极化探针4，高频谐振腔3中沿径向插入有高频极化探针5，两个第一耦合槽8所确定的平面与低频极化探针4呈45度夹角，高频极化探针5与低频极化探针4呈90度夹角。
具体的，所述低频谐振腔2的直径为0.5λl，所述第一耦合槽8的槽宽为0.025λl，槽长为0.13λl，所述第一弧形沟槽6的槽宽为0.03λl，延伸角度为33°，低频极化探针4插入低频谐振腔2中的长度为0.22λl，低频极化探针4的插入位置到低频谐振腔2的底部的距离为0.17λl，所述λl为低频谐振腔2对应低频段的中心频率波长。
具体的，所述高频谐振腔3的直径为0.5λh，所述第二耦合槽9的槽宽为0.025λh，槽长为0.13λh，所述第二弧形沟槽7的槽宽为0.03λh，延伸角度为33°，高频极化探针5插入高频谐振腔3中的长度为0.22λh，高频极化探针5的插入位置到高频谐振腔3的底部的距离为0.17λh，所述λh为高频谐振腔3对应高频段的中心频率波长。
上述实施例中，圆锥喇叭口1位于天线最上层，其作用是接收/发射电磁信号，并满足空间功率波束覆盖要求。本例中，圆锥喇叭为渐变式，可以保证天线馈电谐振腔与喇叭口的阻抗匹配，通常取圆锥喇叭辐射口直径为0.9λ0（λ0为中心频率对应波长）。这样既可获得相对较高的单元辐射增益，较好地空间阻抗匹配，又可避免在组阵设计时阵列方向图出现较高的栅瓣。圆锥喇叭的底部直径为0.55λ0，保证了与低频谐振腔2的良好过渡，其尺寸略大于低频谐振腔2的直径尺寸。
低频谐振腔2的直径通常取0.5λl（λl为低频段的中心频率），低频谐振腔的圆周上设置有第一耦合槽，第一耦合槽的宽度为0.025λl。第一耦合槽的耦合端口设置有第一弧形沟槽，其作用是利用探针激励在其腔内形成旋转场，辐射到自用空间便形成圆极化波。第一弧形沟槽的宽度为0.03λl，延伸角度为33°，其值与低频谐振腔的直径相关。
高频谐振腔3的直径通常取0.5λh（λh为高频段的中心频率），高频谐振腔的尺寸小于低频谐振腔的尺寸，目的是用于在其腔内形成比上层腔体频率更高的旋转场，同时由同一圆锥喇叭口1辐射出去。高频谐振腔的圆周上设置有第二耦合槽，第二耦合槽的宽度为0.025λh。第二耦合槽的耦合端口设置有第二弧形沟槽，第二弧形沟槽的宽度为0.03λh，延伸角度为33°，其值与高频谐振腔的直径相关。
高频极化探针和低频极化探针分别固定在两个频段的谐振腔侧壁上，用于激励相对频段的信号。
通过测试，按照上述天线结构尺寸配置，天线轴比小于2dB的带宽为23.5%，天线极化端口隔离度小于-40dB带宽内大于45%，双频段的口径辐射效率大于75%。
本发明的工作原理如下：发射信号时，发射机连接同轴接插件发射信号，低频谐振腔中对应频率激励起旋转电场，形成圆极化辐射波，经由圆锥喇叭口1辐射到自由空间；高频极化探针4激励起高频谐振腔3的高频信号，经由上层谐振腔体，最终由圆锥喇叭口1辐射到自由空间。
总之，该天线为双频圆极化辐射，具有结构简单而紧凑、辐射效率高的特点，可作为平面阵列辐射单元，实现高效率窄波束辐射。

Claims (3)

1.一种圆锥喇叭天线，其特征在于，包括从上到下顺次共轴设置的圆锥喇叭口（1）、圆柱形的低频谐振腔（2）和圆柱形的高频谐振腔（3），高频谐振腔（3）的直径小于低频谐振腔（2）的直径；
低频谐振腔（2）的腔壁上设有两个彼此正对的沿谐振腔轴向延伸的第一耦合槽（8），每个第一耦合槽（8）的耦合端口处均设有一个沿谐振腔周向延伸的第一弧形沟槽（6），两个第一弧形沟槽（6）的延伸方向相同；高频谐振腔（3）的腔壁上设有两个彼此正对的沿谐振腔轴向延伸的第二耦合槽（9），每个第二耦合槽（9）的耦合端口处均设有一个沿谐振腔周向延伸的第二弧形沟槽（7），两个第二弧形沟槽（7）的延伸方向相同，第二弧形沟槽（7）的延伸方向与第一弧形沟槽（6）的延伸方向相反；两个第一耦合槽（8）所确定的平面与两个第二耦合槽（9）所确定的平面垂直；
低频谐振腔（2）中沿径向插入有低频极化探针（4），高频谐振腔（3）中沿径向插入有高频极化探针（5），两个第一耦合槽（8）所确定的平面与低频极化探针（4）呈45度夹角，高频极化探针（5）与低频极化探针（4）呈90度夹角。
2.根据权利要求1所述的圆锥喇叭天线，其特征在于，所述低频谐振腔（2）的直径为0.5λl，所述第一耦合槽（8）的槽宽为0.025λl，槽长为0.13λl，所述第一弧形沟槽（6）的槽宽为0.03λl，延伸角度为33°，低频极化探针（4）插入低频谐振腔（2）中的长度为0.22λl，低频极化探针（4）的插入位置到低频谐振腔（2）的底部的距离为0.17λl，所述λl为低频谐振腔（2）对应低频段的中心频率波长。
3.根据权利要求1所述的圆锥喇叭天线，其特征在于，所述高频谐振腔（3）的直径为0.5λh，所述第二耦合槽（9）的槽宽为0.025λh，槽长为0.13λh，所述第二弧形沟槽（7）的槽宽为0.03λh，延伸角度为33°，高频极化探针（5）插入高频谐振腔（3）中的长度为0.22λh，高频极化探针（5）的插入位置到高频谐振腔（3）的底部的距离为0.17λh，所述λh为高频谐振腔（3）对应高频段的中心频率波长。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113178687A (zh) * 2021-04-13 2021-07-27 西安交通大学 一种圆极化波导缝隙天线
CN114583437A (zh) * 2020-11-18 2022-06-03 稜研科技股份有限公司 超宽带非金属号角天线

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080111755A1 (en) * 2006-05-24 2008-05-15 Haziza Dedi David antenna operable at two frequency bands simultaneously
CN104319464A (zh) * 2014-10-29 2015-01-28 中国人民解放军理工大学 Uhf波段卫星通信双频圆极化天线装置
CN105591193A (zh) * 2016-02-24 2016-05-18 中国电子科技集团公司第五十四研究所 双频圆极化天线
US20170104271A1 (en) * 2015-10-09 2017-04-13 Thales Compact multi-frequency horn antenna, radiating feed and antenna comprising such a horn antenna
CN109066048A (zh) * 2018-07-03 2018-12-21 东莞理工学院 一种高增益圆极化天线
CN209217213U (zh) * 2019-02-27 2019-08-06 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种圆锥喇叭天线

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080111755A1 (en) * 2006-05-24 2008-05-15 Haziza Dedi David antenna operable at two frequency bands simultaneously
CN104319464A (zh) * 2014-10-29 2015-01-28 中国人民解放军理工大学 Uhf波段卫星通信双频圆极化天线装置
US20170104271A1 (en) * 2015-10-09 2017-04-13 Thales Compact multi-frequency horn antenna, radiating feed and antenna comprising such a horn antenna
CN105591193A (zh) * 2016-02-24 2016-05-18 中国电子科技集团公司第五十四研究所 双频圆极化天线
CN109066048A (zh) * 2018-07-03 2018-12-21 东莞理工学院 一种高增益圆极化天线
CN209217213U (zh) * 2019-02-27 2019-08-06 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种圆锥喇叭天线

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114583437A (zh) * 2020-11-18 2022-06-03 稜研科技股份有限公司 超宽带非金属号角天线
CN114583437B (zh) * 2020-11-18 2024-02-06 稜研科技股份有限公司 超宽带非金属号角天线
CN113178687A (zh) * 2021-04-13 2021-07-27 西安交通大学 一种圆极化波导缝隙天线

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