CN112886252B - 紧缩场赋形馈源及紧缩场系统 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供了一种紧缩场赋形馈源及紧缩场系统，紧缩场赋形馈源用于紧缩场系统中，包括：喇叭天线结构，包括天线主体和圆波导，天线主体的形状呈圆柱形，天线主体内设有横截面为圆形的腔体，且天线主体的一端开设有与腔体连通的圆形开口，圆波导的一端穿过天线主体的另一端，且置于腔体内；弧形环柱，与圆波导的一端连接，且弧形环柱在圆波导的端面上的正投影为扇环形。

Description

紧缩场赋形馈源及紧缩场系统

技术领域

本公开涉及天线测量技术领域，特别是涉及一种紧缩场赋形馈源及紧缩场系统。

背景技术

在毫米波太赫兹波段，大口径天线系统的天线增益的测量十分重要。在通过紧缩场系统对大口径天线进行测量时，紧缩场系统可以在较小的空间内产生准平面波，不需要长距离的远场测量，且测量的耗时较短，因此紧缩场系统在天线测量过程中被广泛应用。

紧缩场系统包括信号源、赋形馈源及反射面，赋形馈源对反射面进行辐射，使得反射面对信号进行反射，在紧缩场系统内形成准平面波，从而形成静区。相关技术中，紧缩场系统内的赋形馈源多为高斯型馈源，高斯型馈源在对反射面进行辐射时，其形成的波前幅值的分布不一致，使得该紧缩场系统的口径利用率较低。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种紧缩场赋形馈源及紧缩场系统，以提高紧缩场系统的口径利用率。具体技术方案如下：

本公开实施例的一个方面，提供了一种紧缩场赋形馈源，所述紧缩场赋形馈源用于紧缩场系统中，包括：

喇叭天线结构，包括天线主体和圆波导，所述天线主体的形状呈圆柱形，所述天线主体内设有横截面为圆形的腔体，且所述天线主体的一端开设有与所述腔体连通的圆形开口，所述圆波导的一端穿过所述天线主体的另一端，且置于所述腔体内；

弧形环柱，与所述圆波导的一端连接，且所述弧形环柱在所述圆波导的端面上的正投影为扇环形。

一些实施例中，所述弧形环柱在所述圆波导的端面上的正投影为半圆环形，且所述半圆环形的圆心位于所述圆波导的中心轴线上。

一些实施例中，所述紧缩场赋形馈源还包括：

矩形波导，所述矩形波导的一端与所述圆波导的另一端连接，且所述弧形环柱呈平面状的两个侧端面的中心点之间的连线平行于所述矩形波导的长边。

一些实施例中，所述紧缩场赋形馈源还包括位于所述圆波导和所述矩形波导之间的用于连接所述圆波导和所述矩形波导的矩圆转换结构。

一些实施例中，所述矩形波导的型号为WR10。

一些实施例中，所述弧形环柱与所述圆波导一体连接。

本公开实施例的另一个方面，提供了一种紧缩场系统，所述紧缩场系统包括反射面、信号源和上述任一所述的紧缩场赋形馈源，所述紧缩场赋形馈源倾斜于地面放置且位于所述反射面的焦点处，所述信号源与所述紧缩场赋形馈源中连接。

本公开实施例有益效果：

本公开实施例提供的紧缩场赋形馈源及紧缩场系统，紧缩场赋形馈源包括喇叭天线结构及弧形环柱，喇叭天线结构包括天线主体及圆波导，弧形环柱与圆波导的一端连接。当通过本公开实施例提供的紧缩场赋形馈源测量天线增益时，将紧缩场赋形馈源倾斜放置于紧缩场系统中反射面的焦点处，紧缩场赋形馈源向紧缩场系统内的反射面进行辐射，由于圆波导的一端连接有弧形环柱，使得紧缩场赋形馈源的两侧辐射强度发生变化，从而使得紧缩场赋形馈源两侧的辐射强度不同，进而使得通过紧缩场赋形馈源获得的天线方向图更加接近理想方向图。基于此，本公开实施例提供的紧缩场赋形馈源能够在反射面的面积不变时，在紧缩场系统内形成较大面积的静区，从而提高紧缩场系统的口径利用率。

当然，实施本公开的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本公开一些实施例的紧缩场赋形馈源的一种结构示意图；

图2为本公开一些实施例的紧缩场赋形馈源的另一种结构示意图；

图3为本公开一些实施例的紧缩场赋形馈源的一种剖面图；

图4a为本公开一些实施例的紧缩场赋形馈源产生的天线方向图中幅度的一种仿真结果示意图；

图4b为本公开一些实施例的紧缩场赋形馈源产生的天线方向图中幅度的另一种仿真结果示意图；

图4c为本公开一些实施例的紧缩场赋形馈源产生的天线方向图中相位的一种仿真结果示意图；

图4d为本公开一些实施例的紧缩场赋形馈源产生的天线方向图中相位的另一种仿真结果示意图；

图5a为本公开一些实施例的静区的相位特性的一种仿真结果示意图；

图5b为本公开一些实施例的静区的幅度特性的一种仿真结果示意图；

图6为本公开一些实施例的弧形环柱的一种结构图；

图7为本公开一些实施例的紧缩场系统的一种结构图；

图8为本公开一些实施例的紧缩场系统的一种局部结构图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

为提高紧缩场系统的口径利用率，本公开实施例提供了一种紧缩场赋形馈源及紧缩场系统，其中，紧缩场系统的口径利用率为紧缩场系统内静区的面积与反射面的口径的比值。

如图1、图2和图3所示，本公开实施例提供的紧缩场赋形馈源100包括：

喇叭天线结构1，包括天线主体11和圆波导12，天线主体11的形状呈圆柱形，天线主体11内设有横截面为圆形的腔体111，且天线主体11的的一端开设有与腔体111连通的圆形开口112，圆波导12的一端穿过天线主体11的另一端，且置于腔体111内；

弧形环柱2，与圆波导12的一端连接，且弧形环柱2在圆波导12的端面上的正投影为扇环形。

本公开实施例中，如图2所示，天线主体11一端设有圆形开口112，且圆形开口112的直径与天线主体11的内腔111横截面的直径相同，另一端开设有与圆波导12的尺寸及形状相对应的通孔，圆波导12的一端穿过通孔，置于天线主体11的内腔111内。其中，天线主体11的尺寸、圆波导12的尺寸，以及圆波导12置于天线主体11内的部分的长度均可根据实际情况进行设定，本公开实施例对此不作具体限定。喇叭天线结构1用于在紧缩场系统内产生一个内陷电场，使得由喇叭天线结构1辐射产生的方向图为内陷的辐射方向图。

弧形环柱2位于于圆波导12置于天线主体11内的一端的端面上，并且与圆波导12的端面连接。弧形圆柱2的材质可以根据实际需求设定，本公开对此不作具体限定，例如，弧形圆柱2的材质可以为铜、铝或铜铝合金等。

本公开实施例中，弧形环柱2在圆波导12的端面上的正投影为扇环形。当弧形环柱2对应的圆心角的大小发生变化时，圆波导12两侧的辐射强度也会发生变化。其中，弧形环柱2对应的圆心角即为上述扇环形对应的圆心角。因此，弧形环柱2对应的圆心角的大小可根据实际情况进行设定，本公开实施例对此不作具体限定。

一些实施例中，弧形环柱2在圆波导12的端面上的正投影为半圆环形，且半圆环形对应的圆心位于圆波导12的中心轴线121上，如图1所示。

本公开实施例中，弧形环柱2在圆波导12一端的端面上的正投影为半圆环形，即弧形环柱2对应的圆心角为180度。弧形环柱2对应的圆心角的大小还可以为60度、100度或120度等，本公开实施例对此不作具体限定。半圆环柱对应的外圆弧的半径与圆波导12的横截面半径相同。

一些实施例中，弧形环柱2与圆波导12一体连接。

本公开实施例中，弧形环柱2与圆波导12的连接方式有多种。弧形环柱2可以与圆波导12一体连接。还可以将弧形环柱2焊接在圆波导12的端面上。此外，还可以沿圆波导12的中心线方向，将圆波导12分为两部分，然后将弧形环柱2与圆波导12的一部分一体连接，然后再将两部分固定在一起。弧形环柱2与圆波导12还可以通过其他方式连接，本公开实施例对此不作具体限定。

本公开实施例中，如图7所示，当采用本公开实施例提供的紧缩场赋形馈源100对待测天线进行测量时，将紧缩场赋形馈源100倾斜放置于紧缩场系统中的反射面的焦点处，其中，反射面呈抛物面状，并且弧形环柱2靠近地面，即弧形环柱2的开口朝向远离地面的方向。此外，紧缩场赋形馈源100与水平面间的角度为α，α值可以根据反射面的焦距，以及反射面的中心与紧缩场赋形馈源100所处的水平面间的距离计算得到。

通过本公开实施例提供的紧缩场赋形馈源100测量天线增益时，紧缩场赋形馈源100向紧缩场系统内的反射面进行辐射，由于圆波导12的一端设有有弧形环柱2，使得紧缩场赋形馈源100的两侧辐射强度发生变化，从而使得紧缩场赋形馈源100两侧的辐射强度不同，进而使得通过紧缩场赋形馈源100获得的天线方向图更加接近理想方向图。因此，本公开实施例提供的紧缩场赋形馈源100能够在反射面的面积不变时，在紧缩场系统内形成较大面积的静区，提高了紧缩场系统的口径利用率。其中，紧缩场系统中的反射面为单反射面。

本公开实施例提供的紧缩场赋形馈源100能够实现偏馈赋形，可应用于偏馈的紧缩场系统中，如图7所示，避免了紧缩场系统中未利用的辐射信号对静区产生干扰，提高了紧缩场赋形馈源100的能量利用率，及紧缩场系统的口径利用率。

例如，图4a为本公开一些实施例的紧缩场赋形馈源100产生的天线方向图中幅度的一种仿真结果示意图。图4a中，设定与x轴正半轴的夹角Φ为0°，横坐标为与z轴的夹角θ，单位为度，纵坐标为归一化幅度，单位为dB。由图4a可知，当Φ为0°时，紧缩场赋形馈源100所对应的天线方向图中θ与归一化幅度的关系图十分接近理想方向图中θ与归一化幅度的关系图，其中理想方向图即为目标方向图。

图4b为本公开一些实施例的紧缩场赋形馈源100产生的天线方向图中幅度的另一种仿真结果示意图。图4b中，Φ为90°，横坐标为与z轴的夹角θ，单位为度，纵坐标为归一化幅度，单位为dB。由图4b可知，当Φ为90°时，紧缩场赋形馈源100所对应的天线方向图中θ与归一化幅度的关系图十分接近理想方向图中θ与归一化幅度的关系图。

图4c为本公开一些实施例的紧缩场赋形馈源100产生的天线方向图中相位的一种仿真结果示意图。图4c中，Φ为0°，横坐标为与z轴的夹角θ，单位为度，纵坐标为相位，单位为度。由图4c可知，当Φ为0°时且θ为-20°至20°时，紧缩场赋形馈源100所对应的天线方向图中θ与相位的关系图十分接近理想方向图中θ与相位的关系图。

图4d为本公开一些实施例的紧缩场赋形馈源100产生的天线方向图中相位的另一种仿真结果示意图。图4d中，Φ为90°，横坐标为与z轴的夹角θ，单位为度，纵坐标为相位，单位为度。由图4d可知，当Φ为90°且θ为-10°至10°时，紧缩场赋形馈源100所对应的天线方向图中θ与相位的关系图十分接近理想方向图中θ与相位的关系图。

基于此，本公开实施例提供的紧缩场赋形馈源100在偏馈的紧缩场系统中产生的天线方向图接近理想方向图，提高了偏馈的紧缩场系统的口径利用率。

另外，本公开实施例能够通过较小面积的反射面产生较大面积的静区，因此无需通过增大反射面的面积来增加静区的面积，降低了反射面的加工难度及加工成本。

例如，图5a为本公开一些实施例的静区的相位特性的仿真结果示意图。其中，静区由紧缩场赋形馈源100辐射反射面所产生。图5a中，横坐标用于表示静区的大小p，单位为米，纵坐标为静区的相位，单位为度。由图5a可知，静区的相位值在Φ为0°、45°及90°时，均可实现较大的口径利用率，如实现80％的口径利用率等。其中，Φ为静区所对应的球坐标系中，与x轴正半轴的夹角。

图5b为本公开一些实施例的静区的幅度特性的仿真结果示意图。图5b中，横坐标用于表示静区的大小p，单位为米，纵坐标为静区的幅度，单位为dB。由图5b可知，前述静区的幅度在Φ为0°、45°及90°时均可实现较大的口径利用率，如实现80％的口径利用率等。

一些实施例中，如图2所示，紧缩场赋形馈源100还包括矩形波导3，矩形波导3的一端与圆波导12的另一端连接，且弧形环柱2呈平面状的两个侧端面23的中心点之间的连线平行于矩形波导3的长边。

本公开实施例中，矩形波导3用于传输紧缩场系统中由信号源发射的信号，将信号输入喇叭天线结构1中。其中，矩形波导3的尺寸及型号可根据实际情况设定，本公开实施例对此不作具体限定。如图6所示，弧形环柱2包括呈扇弧形的两个端面21、呈弧面状的两个侧表面22、以及呈平面状的两个侧端面23。其中，两个侧端面23的中心为两个侧端面23的对角线的交点。

一些实施例中，矩形波导3的型号为WR10。即矩形波导3可通过的信号频段约为75GHz至110GHz，矩形波导3的内腔的横截面宽度和高度分别约为2.5mm和1.2mm。基于此，矩形波导3的输入及输出端口均为标准矩形端口，从而提高矩形波导3的通用性，使得矩形波导3更易与其他部件相匹配。

本公开实施例中，矩形波导3远离喇叭天线结构1的一端可以与扩频模块的一端连接，扩频模块另一端与紧缩场系统中的信号源连接。扩频模块用于将信号源输出的信号的频率区间调整至目标频率区间，然后将目标频率区间的信号输入矩形波导3。

一些实施例中，紧缩场赋形馈源100还包括位于圆波导12和矩形波导3之间的用于连接圆波导12和矩形波导3的矩圆转换结构4，如图2及图3所示。其中，矩圆转换结构4用于过渡连接圆波导12与矩形波导3。

如图7和图8所示，本公开实施例还提供了一种紧缩场系统，该紧缩场系统包括反射面200、信号源和前述紧缩场赋形馈源100，紧缩场赋形馈源100倾斜于地面放置且位于反射面200的焦点处，信号源与紧缩场赋形馈源100连接。

通过本公开实施例提供的紧缩场系统测量天线增益时，紧缩场赋形馈源100与地面呈α角度放置，且放置于反射面200的焦点处。此外，如图8所示，紧缩场馈源100中的弧形环柱2靠近地面，即弧形环柱2的开口方向远离地面。

通过本公开实施例中的紧缩场系统对待测天线进行测量时，紧缩场赋形馈源100向反射面200辐射信号，信号被反射面200反射后形成准平面波300，从而形成静区400，待测天线放置于静区400内进行测量。由于圆波导12的一端固定有弧形环柱2，使得紧缩场赋形馈源100的两侧辐射强度发生变化，从而使得紧缩场赋形馈源100两侧的辐射强度不同，进而使得通过紧缩场赋形馈源100获得的天线方向图更加接近理想方向图。本公开实施例提供的紧缩场系统中包含上述紧缩场赋形馈源100，使得紧缩场系统内的静区400的面积较大，使得紧缩场系统的口径利用率较高。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本公开的较佳实施例，并非用于限定本公开的保护范围。凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本公开的保护范围内。

Claims (6)

1.一种紧缩场赋形馈源，其特征在于，用于紧缩场系统中，包括：

喇叭天线结构，包括天线主体和圆波导，所述天线主体的形状呈圆柱形，所述天线主体内设有横截面为圆形的腔体，且所述天线主体的一端开设有与所述腔体连通的圆形开口，所述圆波导的一端穿过所述天线主体的另一端，且置于所述腔体内；

弧形环柱，与所述圆波导的一端连接，且所述弧形环柱在所述圆波导的端面上的正投影为扇环形；

所述紧缩场赋型馈源还包括：

矩形波导，所述矩形波导的一端与所述圆波导的另一端连接，且所述弧形环柱呈平面状的两个侧端面的中心点之间的连线平行于所述矩形波导的长边。

2.根据权利要求1所述的紧缩场赋形馈源，其特征在于，所述弧形环柱在所述圆波导的端面上的正投影为半圆环形，且所述半圆环形的圆心位于所述圆波导的中心轴线上。

3.根据权利要求1所述的紧缩场赋形馈源，其特征在于，还包括位于所述圆波导和所述矩形波导之间的用于连接所述圆波导和所述矩形波导的矩圆转换结构。

4.根据权利要求1所述的紧缩场赋形馈源，其特征在于，所述矩形波导的型号为WR10。

5.根据权利要求1所述的紧缩场赋形馈源，其特征在于，所述弧形环柱与所述圆波导一体连接。

6.一种紧缩场系统，其特征在于，包括反射面、信号源和权利要求1至5任一项所述的紧缩场赋形馈源，所述紧缩场赋形馈源倾斜于地面放置且位于所述反射面的焦点处，所述信号源与所述紧缩场赋形馈源连接。

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