CN111799548A - 一种频率扫描天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线领域，具体是涉及一种频率扫描天线。包括波导慢波线，与波导慢波线相连通的喇叭阵列，喇叭阵列用于波导慢波线信号的辐射，喇叭阵列包括沿波导慢波线长度方向依次设置的喇叭结构，各个喇叭结构分别与波导慢波线连通，喇叭结构朝向波导慢波线的底部开口尺寸小于顶部开口尺寸。本发明将用于信号辐射的喇叭阵列设置成彼此独立的喇叭结构，各个喇叭结构相互作用实现对信号的辐射。各个独立的喇叭结构与多个独立的金属透镜隔板相配合，能够显著减小本发明天线的俯仰面波束宽度，并改善天线口径的利用效率，以此提高本发明天线的增益，最终实现提高本发明天线收发信号的能力。天线收发信号的能力越大，信号传播的距离越远。

Description

一种频率扫描天线
技术领域
本发明涉及天线领域，具体是涉及一种频率扫描天线。
背景技术
目前常见的频率扫描天线一般由慢波线、耦合馈电结构、辐射天线三部分组成，为了减小传输损耗，频率扫描天线中的慢波线经常采用波导慢波线。常见的单个辐射天线单元俯仰面波束宽度比较宽，口径利用效率比较低，俯仰面的宽波束会导致频率扫描天线的增益降低，进而导致频率扫描天线收发信号的能力降低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种频率扫描天线，能够使得俯仰面波束的宽度变小，进而提高频率扫描天线的增益，以此提高频率扫描天线收发信号的能力。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种频率扫描天线，包括波导慢波线，与波导慢波线相连通的喇叭阵列，所述喇叭阵列用于波导慢波线信号的辐射，所述喇叭阵列包括沿波导慢波线长度方向依次设置的喇叭结构，各个喇叭结构分别与波导慢波线连通，所述喇叭结构朝向波导慢波线的底部开口尺寸小于顶部开口尺寸。
进一步，所述喇叭结构包括从下至上口径逐渐增大的棱台段，位于棱台段顶部且与棱台段相连通的矩形段，所述波导慢波线与棱台段的下口相连通，所述矩形段的内部沿长度方向依次设置有金属透镜隔板，所述金属透镜隔板的板面与矩形段的长度方向垂直。
进一步，各个所述金属透镜隔板的上端均与矩形段的顶部开口齐平；所述棱台段和矩形段同轴设置，所述金属透镜隔板关于棱台段和矩形段的轴线对称设置，所述金属透镜隔板的长度自靠近轴线一侧至远离轴线一侧逐渐增大。
进一步优选的，所述矩形段的长度为120mm～130mm，所述矩形段的高度为65mm～67mm，所述棱台段的高度为58mm～62mm；所述金属透镜隔板的数量为8或10。
进一步优选的，所述喇叭结构的数量为40～44。
进一步，所述波导慢波线包括馈电网络主体，分别位于馈电网络主体两端部的波导馈电口和匹配负载；所述馈电网络主体上设置有空腔的耦合馈电结构，所述馈电网络主体上与耦合馈电结构相对应的位置处设置有通孔，所述波导慢波线通过耦合馈电结构与棱台段相连通；所述馈电网络主体的内部设置有与通孔相对应的凸起。
进一步优选的，所述馈电网络主体为S形。
进一步，所述通孔的横截面为矩形，或两边带半圆倒角的矩形。
进一步优选的，相邻所述喇叭结构之间的间距为9.7mm～9.9mm。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明将用于信号辐射的喇叭阵列设置成彼此独立的喇叭结构，各个喇叭结构相互作用实现对信号的辐射。能够减小本发明天线的俯仰面波束的宽度，以此提高本发明天线的增益，最终实现提高本发明天线收发信号的能力。天线收发信号的能力越大，信号传播的距离越远。
(2)本发明设置金属透镜隔板，能够在减小俯仰面波束的同时增大天线的口径效率，口径效率越大，天线的增益越大。本发明的金属透镜隔板和用于信号辐射的喇叭结构相互作用，进一步提高了本发明的天线增益。
(3)本发明的金属透镜隔板关于喇叭结构的轴线对称设置，且轴线同一侧的金属透镜隔板的长度依次减小，以此使得金属透镜隔板的下端构成曲面，进而使得金属透镜隔板满足等光呈的条件，进一步增大了本发明的天线口径效率。
(4)本发明的各个喇叭结构之间的间距为9.8mm，满足扫描±45°时不产生栅瓣的距离条件，采用多个独立的宽带高口径效率内部设置有金属透镜喇叭结构的天线，减小了单元之间的互耦，实现了±45°宽带宽角扫描特性。
附图说明
图1为本发明的频率扫描天线的整体结构图；
图2为本发明的图1的侧视图；
图3为本发明的波导慢波线的结构图；
图4为本发明的图4的俯视图；
图5为本发明的金属透镜隔板的排列图；
图6为本发明的实施例的天线的各个频点方位向辐射方向图；
图7为本发明实施例的天线中频16.4GHz时俯仰面方向图；
图8为本发明实施例的天线的各个频点的驻波图；
图9为本发明实施例的天线的的传输系数图。
图中标注符号的含义如下：
1-波导慢波线11-馈电网络主体12-波导馈电口13-匹配负载
14-凸起15-通孔16-耦合馈电结构
3-喇叭结构31-棱台段32-矩形段
4-金属透镜隔板
具体实施方式
以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。
实施例
一种频率扫描天线，包括波导慢波线1，与波导慢波线1相连通的喇叭阵列，喇叭阵列用于波导慢波线1信号的辐射，喇叭阵列包括沿波导慢波线1长度方向依次设置的喇叭结构3。如图1所示，各个喇叭结构3分别与波导慢波线1连通，喇叭结构3朝向波导慢波线1的底部开口尺寸小于顶部开口尺寸。
波导慢波线1包括馈电网络主体11，分别位于馈电网络主体11两端部的波导馈电口12和匹配负载13，如图4所示，波导馈电口12和匹配负载13分别位于S形的馈电网络主体11的两端。如图3所示，馈电网络主体11的上部设置有空腔的耦合馈电结构16，馈电网络主体11上与耦合馈电结构16相对应的位置处设置有通孔15，馈电网络主体11的内部设置有与通孔15相对应的凸起14。通孔15的横截面为矩形，或两边带半圆倒角的矩形。
通孔15、耦合馈电结构16、凸起14相互配合，用于波导慢波线1进行信号耦合。波导馈电口12为电磁信号的输入端，即本发明的频率扫描天线的信号输入端，匹配负载13为剩余微弱电磁信号的吸收端。本实施例中，通孔15、凸起14、耦合馈电结构16、喇叭结构3的数量均为42个。
如图1和图2所示，喇叭结构3包括从下至上口径逐渐增大的棱台段31，位于棱台段31顶部且与棱台段31相连通的矩形段32，波导慢波线1与棱台段31相连通，矩形段32沿长度方向依次设置有金属透镜隔板4，金属透镜隔板4的板面垂直于矩形段32的长度方向，相邻金属透镜隔板4之间设置有间隙，金属透镜隔板4的两个边部与矩形段32的内壁无缝连接。
本实施例中，如图2和图5所示，金属透镜隔板4的数量为10个，各个金属透镜隔板4的上端均与矩形段32的顶部开口齐平；棱台段31和矩形段32同轴设置，金属透镜隔板4关于棱台段31和矩形段32的轴线对称设置，金属透镜隔板4靠近轴线一侧至远离轴线一侧的长度依次增大。如图5所示，棱台段31和矩形段32的轴线两侧分别有5个金属透镜隔板4，且轴线同一侧的从矩形段32的端部至轴线的5个金属透镜隔板4的长度依次减小，10个金属透镜隔板4的下端构成曲面结构，满足等光程条件。
如图2所示，矩形段32长度Tw为120mm～130mm，本实施例中Tw为125.4mm。矩形段32的高度Th为65mm～67mm，本实施例中，Th为66.6mm。棱台段31的高度Tb为58mm～62mm，本实施例中，Tb为60mm。棱台段31的边部至耦合馈电结构16的边部之间的水平距离Ta为56.2mm。
下面通过仿真来说明本发明的天线所具有的优良的频扫特性，特别是指在具有宽角扫描高增益低增益平坦度的前提下实现了高径辐射效率和俯仰面窄波束的效果。
本实施例的仿真条件：频率扫描天线的工作频段为15.7GHz～17.2GHz，波导慢波线1采用波导蛇形线形式，波导型号为标准BJ180，尺寸为12.95×6.48mm，相邻的通孔15之间的间距为9.8mm，总共有42个通孔，按照-29dB进行泰勒加权。在中心频率16.45GHz，波导慢波线1在相邻的通孔15之间传输了4.5个导波长。
如图6所示，为本发明实施例的天线的各个频点方位向扫描角度辐射方向图。由图6可得，本实施例的频率扫描天线在15.7GHz～17.2GHz的工作频带内的增益平坦度小于2dB，实现了±45°宽角扫描，增益优于31dBi，通过图6可以计算出本发明天线的最大口径效率超过80％。
如图7所示，为本发明实施例的天线中频俯仰向辐射方向图。图中的m1、m2、m3的横坐标分别为0、-45、44，由图7可得，本实施例的频率扫描天线在16.4GHz的工作频点的增益为31.54dBi，波束宽度为8.9度，实现了低于10度的俯仰面窄波束。
如图8所示，为本发明实施例的天线的各个频点的驻波图。由图8可得，本实施例的频率扫描天线在除中频16.4GHz附近以外的驻波均低于1.2。
如图9所示，为本发明实施例的天线的的传输系数图。由图9可得，本实施例的频率扫描天线在15.7GHz～17.2GHz的工作频带均低于-12dB。
综上所述，本发明的频率扫描天线，结构简单，具备±45°宽角扫描、频带内增益平坦度好、俯仰面窄波束、高口径效率等优点。

Claims (9)

1.一种频率扫描天线，包括波导慢波线(1)，与波导慢波线(1)相连通的喇叭阵列，所述喇叭阵列用于波导慢波线(1)信号的辐射，其特征在于：所述喇叭阵列包括沿波导慢波线(1)长度方向依次设置的喇叭结构(3)，各个喇叭结构(3)分别与波导慢波线(1)连通，所述喇叭结构(3)朝向波导慢波线(1)的底部开口尺寸小于顶部开口尺寸。
2.如权利要求1所述的频率扫描天线，其特征在于：所述喇叭结构(3)包括从下至上口径逐渐增大的棱台段(31)，位于棱台段(31)顶部且与棱台段(31)相连通的矩形段(32)，所述波导慢波线(1)与棱台段(31)的下口相连通，所述矩形段(32)的内部沿长度方向依次设置有金属透镜隔板(4)，所述金属透镜隔板(4)的板面与矩形段(32)的长度方向垂直，相邻金属透镜隔板(4)之间设置有间隙，用于信号的传输。
3.如权利要求2所述的频率扫描天线，其特征在于：各个所述金属透镜隔板(4)的上端均与矩形段(32)的顶部开口齐平；所述棱台段(31)和矩形段(32)同轴设置，所述金属透镜隔板(4)关于棱台段(31)和矩形段(32)的轴线对称设置，所述金属透镜隔板(4)的长度自靠近轴线一侧至远离轴线一侧逐渐增大。
4.如权利要求2或3所述的频率扫描天线，其特征在于：所述矩形段(32)的长度为120mm～130mm，所述矩形段(32)的高度为65mm～67mm，所述棱台段(31)的高度为58mm～62mm；所述金属透镜隔板(4)的数量为8或10。
5.如权利要求1或2或3所述的频率扫描天线，其特征在于：所述喇叭结构(3)的数量为40～44。
6.如权利要求2所述的频率扫描天线，其特征在于：所述波导慢波线(1)包括馈电网络主体(11)，分别位于馈电网络主体(11)两端部的波导馈电口(12)和匹配负载(13)；所述馈电网络主体(11)的上部设置有空腔的耦合馈电结构(16)，所述馈电网络主体(11)上与耦合馈电结构(16)相对应的位置处设置有通孔(15)，所述馈电网络主体(11)通过耦合馈电结构(16)与棱台段(31)相连通；所述馈电网络主体(11)的内部设置有与通孔(15)相对应的凸起(14)。
7.如权利要求6所述的频率扫描天线，其特征在于：所述馈电网络主体(11)为S形。
8.如权利要求6所述的频率扫描天线，其特征在于：所述通孔(15)的横截面为矩形，或两边带半圆倒角的矩形。
9.如权利要求1或2或3或6或7或8所述的频率扫描天线，其特征在于：相邻所述喇叭结构(3)之间的间距为9.7mm～9.9mm。
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