CN110289486A - 宽带高增益喇叭天线 - Google Patents

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黄晓东
李文彦
金秀华
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Nanjing Post and Telecommunication University
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q13/02—Waveguide horns

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Abstract

本发明公开了一种宽带高增益喇叭天线，包括辐射段、平板波导、平行双线和馈电端口；所述辐射段包括两块相对放置呈喇叭开口的第一金属板，所述平板波导包括两块相对放置的第二金属板，一边与两块所述第一金属板喇叭开口的相对边分别连接，另一边与构成所述平行双线的两块相对放置的梯形第三金属板的长底边连接，所述馈电端口与两块所述第三金属板长底边的对边连接；每两块相对放置的金属板之间通过固定装置对金属板的位置进行固定。本发明能够达到更均匀的场分布，从而实现更高的增益，并且所提出的结构带宽宽、结构简单，可作为天线测量的标准天线，相控阵单元天线，大型射电望远镜的馈源等。

Description

宽带高增益喇叭天线
技术领域
本发明涉及一种喇叭天线，具体涉及一种宽带高增益喇叭天线。
背景技术
喇叭天线的基本形式是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而成，其改善了波导与自由空间的匹配，使得波导中的反射系数小。喇叭天线具有结构简单和方向图易于控制的优点，常被用做天线测量中的标准天线；相控阵的单元天线；大型射电望远镜的馈源等。
现有的喇叭天线，有场分布不均匀，增益较低的缺陷。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种场分布均匀、结构简单、易于加工制作的宽带高增益喇叭天线。
技术方案：本发明的宽带高增益喇叭天线，包括辐射段、平板波导、平行双线和馈电端口；所述辐射段包括两块相对放置呈喇叭开口的第一金属板，所述平板波导包括两块相对放置的第二金属板，一边与两块所述第一金属板喇叭开口的相对边分别连接，另一边与构成所述平行双线的两块相对放置的梯形第三金属板的长底边连接，所述馈电端口与两块所述第三金属板长底边的对边连接；每两块相对放置的金属板之间通过固定装置对金属板的位置进行固定。
当馈电时，先后通过平行双线及平板波导，可以为本发明的宽带高增益喇叭天线提供近似TEM模，从而改善喇叭口径处的场分布，获得更高增益。
优选地，所述辐射段的两块第一金属板为平面结构或者经指数函数或vivaldi函数优化的曲面结构。进行优化折弯的曲面结构，能够改善宽带的匹配性能。
优选地，对两块所述第一金属板的相背面分别外扩充形成扩充结构。
优选地，所述第一金属板为楔形块或者梯形块结构。
优选地，对两块所述楔形块相对的侧边分别经指数函数或vivaldi函数优化形成曲线结构。
优选地，所述第一金属板对称放置，两块所述第二金属板、第三金属板分别互相平行放置。
优选地，所述平行双线传输TEM模。
有益效果：本发明与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、通过展宽传统TEM喇叭的馈电端，并利用梯形平行双线进行馈电，改善了喇叭口径处的场分布，使口径处场分布更加均匀，从而提高天线的增益。2、将辐射段利用vivaldi函数等进行优化，可提高天线在宽带上的匹配性能，从而展宽带宽。3、本发明结构简单、易于加工制作。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的俯视结构示意图；
图3为本发明的右视结构示意图；
图4为利用HFSS软件计算的本发明在1-18GHz的增益；
图5为利用HFSS软件计算的的本发明在1-18GHz的S11；
图6为本发明辐射段的几种变形结构示意图，其中(a)为曲面结构，(b)为(a)的填充结构，(c)为平面结构填充后的楔形块结构，(d)为平面结构填充后的梯形块结构；
图7为本发明使用图6(a)的辐射段的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1-3所示，本发明公开了一种宽带高增益喇叭天线，包括辐射段1、平板波导2、平行双线3、馈电端口4。
本实施例的辐射段1由两块矩形第一金属板对称倾斜放置呈喇叭状构成，喇叭状的宽开口接收信号，窄开口与平板波导2连接。第一金属板除了平面板以外还可以是经指数函数或vivaldi函数优化的曲面结构，进一步的，还可以是对平面结构或者经指数函数或vivaldi函数优化的曲面结构的外表面向外扩充后的结构。图6(a)为经指数函数或vivaldi函数优化的曲面结构；(b)为在(a)的基础上进行向外扩充的结构；(c)和(d)为对矩形板进行扩充后的三棱锥体、梯形块结构。图7为图6中(a)结构的立体结构示意图。
平面波导2由两块矩形第二金属板上下平行放置，一边分别与辐射段1的窄开口连接，如图2所示，平板波导2左侧与辐射段1连接，右侧与平行双线3相连。平行双线3由两块梯形第三金属板上下平行对称排列，如图2所示，其左侧与平板波导2相连且宽度相等，平行双线2向右逐渐过渡变窄，直至与最右侧的馈电端口4齐宽。由于平行双线3为对称结构，因此可提高天线的匹配性能，又因其支持TEM模，因此可以使天线口径处场分布均匀，提高天线增益。
如图3所示，馈电端口4与平行双线3最右端相连，连接平行双线3的上下两金属板。
每两块相对放置的金属板之间通过固定装置对金属板的位置进行固定(图中未画出)。
如图4所示，本实施例的宽带高增益喇叭天线，利用HFSS软件计算的天线在1-18GHz的增益，从5.3dB递增至22.7dB。
如图5所示，本实施例的超宽带高增益TEM模式喇叭天线，利用HFSS软件计算的天线在1-18GHz的S11，其中，在5.7GHz-18.0GHz频带内，S11在-10dB以下。
通过上述试验可知，本发明的超宽带高增益TEM模式喇叭天线，具有宽频带，高增益的特点，性能优越。

Claims (7)

1.一种宽带高增益喇叭天线，其特征在于，包括辐射段(1)、平板波导(2)、平行双线(3)和馈电端口(4)；
所述辐射段(1)包括两块相对放置呈喇叭开口的第一金属板，所述平板波导(2)包括两块相对放置的第二金属板，一边与两块所述第一金属板喇叭开口的相对边分别连接，另一边与构成所述平行双线(3)的两块相对放置的梯形第三金属板的长底边连接，所述馈电端口(4)与两块所述第三金属板长底边的对边连接；每两块相对放置的金属板之间通过固定装置对金属板的位置进行固定。
2.根据权利要求1所述的宽带高增益喇叭天线，其特征在于，构成所述辐射段(1)的第一金属板为平面结构或者经指数函数或vivaldi函数优化的曲面结构。
3.根据权利要求2所述的宽带高增益喇叭天线，其特征在于，对两块所述第一金属板的相背面分别外扩充形成扩充结构。
4.根据权利要求3所述的宽带高增益喇叭天线，其特征在于，所述第一金属板为楔形块或者梯形块结构。
5.根据权利要求4所述的宽带高增益喇叭天线，其特征在于，对两块所述楔形块相对的侧边分别经指数函数或vivaldi函数优化形成曲线结构。
6.根据权利要求1所述的宽带高增益喇叭天线，其特征在于，所述第一金属板对称放置，两块所述第二金属板、第三金属板分别互相平行放置。
7.根据权利要求1所述的宽带高增益喇叭天线，其特征在于，所述平行双线(3)传输TEM模。
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