CN109687154B - 双脊结构超宽带喇叭天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双脊结构超宽带喇叭天线，涉及通信天线技术领域。所述天线包括喇叭天线本体，所述喇叭天线本体包括两个呈圆周状排列的脊，沿所述脊的长度方向将脊等分成若干个区间，在每一个单独的数学区间内，脊的宽度按照统一的数学函数进行渐变或按照不同的数学函数进行变化，在每个区间的连接处，根据喇叭天线的最高工作频率来确定脊的宽度。所述喇叭天线可以工作到毫米波太赫兹频段以上，且在全频段内具有良好的增益特性和较小的驻波。

Description

双脊结构超宽带喇叭天线

技术领域

本发明涉及通信用天线技术领域，尤其涉及一种双脊结构超宽带喇叭天线。

背景技术

超宽带天线技术，是当今国内外的一个研究热点。它早先起源于军用雷达领域，在雷达探测、反隐身技术、电子对抗等先进军事技术中已经证明了它的卓越性。近年来，超宽带技术逐渐被引入了民用领域，军事和民用领域的超宽带雷达和通信系统的超宽带天线备受重视，在宽带通信、扩频通信、探地雷达、冲激雷达、电磁兼容等瞬态电磁场领域获得大量应用。然而现有的超宽带喇叭天线很难工作到60GHz，但是目前毫米波及太赫兹波段的技术发展迅速，毫米波和太赫兹波在高速无线通信，雷达，人体安全检测等领域具有广阔的应用前景，要实现毫米波和太赫兹频段信号的发射和接收，离不开各种毫米波和太赫兹天线，目前迫切需要可以工作到该频段的新型超宽带喇叭天线。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可以工作到毫米波太赫兹频段以上，且在全频段内具有良好的增益特性和较小的驻波的双脊结构超宽带喇叭天线。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种双脊结构超宽带喇叭天线，包括喇叭天线本体，其特征在于：所述喇叭天线本体包括两个呈圆周状排列的脊，沿所述脊的长度方向将脊等分成若干个区间，在每一个单独的数学区间内，脊的宽度按照统一的数学函数进行渐变或按照不同的数学函数进行变化，在每个区间的连接处，根据喇叭天线的最高工作频率来确定脊的宽度。

进一步的技术方案在于：每条所述脊的长度为L，沿所述脊的长度方向将脊等分成若6个区间，分别为0到L/6区间，L/6到L/3区间，L/3到L/2区间，L/2到2/3L区间，2/3L到5/6L区间，5/6L到L区间。

进一步的技术方案在于：所述脊的宽度y满足以下函数：

y=exp（Az）+B1z（0<z<L/6）;

y=exp（Az）+B2z（L/6<z<L/3）;

y=exp（Az）+B3z（L/3<z<L/2）;

y=exp（Az）+B4z（L/2<z<2L/3）;

y=exp（Az）+B5z（2L/3<z<5L/6）;

y=exp（Az）+B6z（5L/6<z<L）;

其中，z为沿所述脊的长度方向上距离脊的起始点的距离, A∈[0.018，0.038]，B1∈[0.001，0.003], B2∈[0.001，0.003], B3∈[0.001，0.003], B4∈[0.001，0.003], B5∈[0.001，0.003], B6∈[0.001，0.003]。

进一步的技术方案在于：在z=L/6处和其整数倍位置处，两个脊宽度变化的边上各添加一个金属小块，其长度在2到5mm之间；

在z=L/6处，每个金属小块的宽度为最高工作频率67GHz波长的八分之一，即67GHz波长的1/8，等于0.56mm；

在z=L/3处，每个金属小块的宽度为最高工作频率一半33.5GHz波长的八分之一，即波长的1/8，等于1.12mm；

在z=L/2处，每个金属小块的宽度为最高工作频率四分之一16.75GHz波长的八分之一，即16.75GHz波长的1/8，等于2.24mm；

在z=2L/3处，每个金属小块的宽度为最高工作频率六分之一11.17GHz波长的六分之一，即11.17GHz波长的1/8，等于3.36mm；

在z=5L/6处，每个金属小块的宽度为最高工作频率八分之一波长的八分之一，即8.375GHz波长的1/8，等于4.5mm；

在z=L处，每个小块的宽度为最低工作频率波长的八分之一，即6GHz波长的1/8，等于6.25mm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述天线中沿所述脊的长度方向将脊等分成若干个区间，在每一个单独的数学区间内，脊的宽度按照统一的数学函数进行渐变或按照不同的数学函数进行变化，在每个区间的连接处，根据喇叭天线的最高工作频率来确定脊的宽度。在每个区间的连接处，脊宽度不适用数学函数，而是根据喇叭天线的最高工作频率来确定。因此，所述天线中双脊结构设计简单，加工简单；基于该双脊结构的超宽带喇叭天线，可以工作到60GHz以上，且在6到67GHz内具有良好的增益特性和较小的驻波。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述喇叭天线中双脊结构的示意图；

图2是本发明实施例所述喇叭天线的结构示意图；

图3是本发明实施例所述喇叭天线的增益测试曲线图；

图4是本发明实施例所述喇叭天线的天线系数测试曲线图；

图5是本发明实施例所述喇叭天线的驻波测试曲线图；

图6是本发明实施例所述喇叭天线的交叉极化隔离测试曲线；

其中：1、脊；2、金属小块。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-图2所示，公开了一种双脊结构超宽带喇叭天线，包括喇叭天线本体，所述喇叭天线本体包括两个呈圆周状排列的脊1，沿所述脊1的长度方向将脊1等分成若干个区间，在每一个单独的数学区间内，脊1的宽度按照统一的数学函数进行渐变或按照不同的数学函数进行变化，在每个区间的连接处，根据喇叭天线的最高工作频率来确定脊1的宽度。

进一步的，本发明提出将0到L（脊长度）的区间进行划分，由于超宽带天线工作带宽为数个倍频程，我们将0到L的区间划分为6个区间，即0到L/6区间，L/6到L/3区间，L/3到L/2区间，L/2到2/3L区间，2/3L到5/6L区间，5/6L到L区间。在每一个单独的数学区间内，可以按照统一的数学函数进行脊宽度的渐变，也可以按照不同的数学函数进行变化。在每个区间的连接处，脊宽度不适用数学函数，而是根据喇叭天线的最高工作频率来确定。

采用本发明所提出的新型双脊结构，以6到67GHz的超宽带喇叭天线为例进行说明。如附图1所示，为本发明所提出的新型双脊结构。双脊的变化曲线按照以下规律进行变化。脊曲线采用一个简单的指数曲线并加上一次线性项，用于起到扩展频带的作用。本实施例中，脊曲线的表达式为：

y=exp（Az）+B1z（0<z<L/6）;

y=exp（Az）+B2z（L/6<z<L/3）;

y=exp（Az）+B3z（L/3<z<L/2）;

y=exp（Az）+B4z（L/2<z<2L/3）;

y=exp（Az）+B5z（2L/3<z<5L/6）;

y=exp（Az）+B6z（5L/6<z<L）;

其中，z为沿所述脊的长度方向上距离脊的起始点的距离, A∈[0.018，0.038]，B1∈[0.001，0.003], B2∈[0.001，0.003], B3∈[0.001，0.003], B4∈[0.001，0.003], B5∈[0.001，0.003], B6∈[0.001，0.003]。

在z=L/6处和其整数倍位置处，在脊的上下两侧各添加一个金属小块，其长度在2到5mm之间，宽度有限制。

在z=L/6处，每个小块的宽度为最高工作频率67GHz波长的八分之一，即67GHz波长的1/8，等于0.56mm；

在z=L/3处，每个小块的宽度为最高工作频率一半33.5GHz波长的八分之一，即波长的1/8，等于1.12mm；

在z=L/2处，每个小块的宽度为最高工作频率四分之一16.75GHz波长的八分之一，即16.75GHz波长的1/8，等于2.24mm；

在z=2L/3处，每个小块的宽度为最高工作频率六分之一11.17GHz波长的六分之一，即11.17GHz波长的1/8，等于3.36mm；

在z=5L/6处，每个小块的宽度为最高工作频率八分之一波长的八分之一，即8.375GHz波长的1/8，等于4.5mm；

在z=L处，每个小块的宽度为最低工作频率波长的八分之一，即6GHz波长的1/8，等于6.25mm；

双脊之间在L/6及整数倍处的金属片对，可以有效增加增益且能扩展频带。

附图3为超宽带天线的增益曲线，附图4为超宽带天线的天线系数测试曲线，附图5为超宽带天线的驻波测试曲线，附图6为超宽带天线的交叉极化隔离测试曲线。

本发明具有以下优点：

双脊结构设计简单，加工简单

基于该双脊结构的超宽带喇叭天线，工作带宽宽，增益高，驻波系数小。

Claims (1)

1.一种双脊结构超宽带喇叭天线，包括喇叭天线本体，其特征在于：所述喇叭天线本体包括两个呈圆周状排列的脊（1），沿所述脊（1）的长度方向将脊（1）等分成若干个区间，在每一个单独的区间内，脊（1）的宽度按照统一的数学函数进行渐变或按照不同的数学函数进行变化，在每个区间的连接处，根据喇叭天线的最高工作频率来确定脊（1）的宽度；

每条所述脊（1）的长度为L，沿所述脊（1）的长度方向将脊等分成6个区间，分别为0到L/6区间，L/6到L/3区间，L/3到L/2区间，L/2到2/3L区间，2/3L到5/6L区间，5/6L到L区间；

所述脊（1）的宽度y满足以下函数：

y=exp（Az）+B1z（0<z<L/6）;

y=exp（Az）+B2z（L/6<z<L/3）;

y=exp（Az）+B3z（L/3<z<L/2）;

y=exp（Az）+B4z（L/2<z<2L/3）;

y=exp（Az）+B5z（2L/3<z<5L/6）;

y=exp（Az）+B6z（5L/6<z<L）;

其中，z为沿所述脊的长度方向上距离脊的起始点的距离, A∈[0.018，0.038]，B1∈[0.001，0.003], B2∈[0.001，0.003], B3∈[0.001，0.003], B4∈[0.001，0.003], B5∈[0.001，0.003], B6∈[0.001，0.003]；

在z=L/6处和其整数倍位置处，两个脊宽度变化的边上各添加一个金属小块（2），其长度在2到5mm之间；

在z=L/6处，每个金属小块（2）的宽度为最高工作频率67GHz波长的八分之一，即67GHz波长的1/8，等于0.56mm；

在z=L/3处，每个金属小块（2）的宽度为最高工作频率一半33.5GHz波长的八分之一，即波长的1/8，等于1.12mm；

在z=L/2处，每个金属小块（2）的宽度为最高工作频率四分之一16.75GHz波长的八分之一，即16.75GHz波长的1/8，等于2.24mm；

在z=2L/3处，每个金属小块的宽度为最高工作频率六分之一11.17GHz波长的六分之一，即11.17GHz波长的1/8，等于3.36mm；

在z=5L/6处，每个金属小块的宽度为最高工作频率八分之一波长的八分之一，即8.375GHz波长的1/8，等于4.5mm；

在z=L处，每个小块的宽度为最低工作频率波长的八分之一，即6GHz波长的1/8，等于6.25mm。