CN113140909A - 一种基于非对称馈电的宽带馈源天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线技术领域，公开了一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，其技术方案要点是包括波导管，波导管的一端设置有喇叭，波导管的另一端设置有短路板，波导管上设置有四组馈电结构，四组馈电结构环形阵列设置于波导管的外部侧壁上，馈电结构包括馈电端和锥形探针，本发明锥形探针在波导管内部，对波导管内部电磁场起扰动作用，使之激励起所需要的场，同时锥形探针的锥形结构有效拓宽馈电处的匹配带宽，实现宽带性能，由于在锥形探针轴向上，各表面点上电场幅度相位不同，采用尺寸渐变的锥形探针设计可以分别独立的拓宽相应端口的匹配带宽；通过给位置相对的馈电结构分别馈入等幅反相的信号，使得其位置相对的两个锥形探针在波导管内激励起同极化场。

Description

一种基于非对称馈电的宽带馈源天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，更具体的说是涉及一种基于非对称馈电的宽带馈源天线。
背景技术
随着通信产业的日益发达，天线作为无线电设备的重要组成部件，在移动通信、卫星导航、雷达定位等领域发挥着重要作用，而高性能的现代天线技术的发展必须紧密依托于精密的测量技术以及相应的测试系统。紧缩场技术是指在近距离上实现天线参数或雷达目标散射特性远场测量的技术，以其快速、高精度、所需空间小等优点备受推崇。反射面天线作为紧缩场技术的关键部分，其辐射性能的优劣将直径影响紧缩场测试系统的精度以及可靠性。
馈源天线作为反射面天线的核心部分，目前市场中馈源天线大多采用OMT正交模耦合器实现双极化性能，这导致天线整体尺寸偏大、重量很重，且天线带宽较窄；设计一款具有宽带、对称辐射特性的馈源天线是十分必要的。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，用于克服现有技术中的上述缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，包括波导管，所述波导管的一端设置有喇叭，所述波导管的另一端设置有短路板，所述波导管上设置有四组馈电结构，四组所述馈电结构环形阵列设置于所述波导管的外部侧壁上，所述馈电结构包括馈电端和锥形探针，所述锥形探针与所述馈电端电连接，所述锥形探针位于所述波导管内，且垂直于所述波导管轴心，位置相对的所述锥形探针到所述短路板的距离不一致，所述锥形探针与其中一个相邻的所述锥形探针到所述短路板的距离均相等。
作为本发明的进一步改进，所述馈电端包括设置于所述波导管外侧的同轴探针，所述同轴探针与所述波导管的连接端延伸进入到所述波导管内，所述同轴探针与所述锥形探针电连接。
作为本发明的进一步改进，所述同轴探针与所述锥形探针之间为采用SMA接口连接。
作为本发明的进一步改进，位置相对的所述锥形探针尺寸不相同，所述锥形探针与其中一个相邻的锥形探针尺寸相同。
作为本发明的进一步改进，所述波导管呈锥形设置，所述波导管与所述喇叭连接端面的直径大于所述波导管与所述短路板连接端面的直径。
作为本发明的进一步改进，所述喇叭为波纹喇叭。
作为本发明的进一步改进，所述波纹喇叭由若干圈金属环构成，以使形成轴向波纹喇叭，相邻的所述金属环之间间距相等。
作为本发明的进一步改进，所述金属环的数量为3圈。
作为本发明的进一步改进，所述短路板上设置有中心锥形台，所述中心锥形台的轴心与所述波导管的轴心相重合，所述中心锥形台的顶端直径小于所述中心锥形台的底端直径。
作为本发明的进一步改进，所述中心锥形台的长度大于所述锥形探针与所述短路板之间的距离。
本发明的有益效果：本发明锥形探针在波导管内部，对波导管内部电磁场起扰动作用，使之激励起所需要的场，同时锥形探针的锥形结构有效拓宽馈电处的匹配带宽，实现宽带性能，由于在锥形探针轴向上，各表面点上电场幅度相位不同，采用尺寸渐变的锥形探针设计可以分别独立的拓宽相应端口的匹配带宽；通过给位置相对的馈电结构分别馈入等幅反相的信号，使得其位置相对的两个锥形探针在波导管内激励起同极化场；同理，给另外两个位置相对的馈电结构分别馈入等幅反相的信号，使得其位置相对的两个锥形探针在波导管内激励起同极化场，如此即可实现正交极化特性的同时，还提高了该极化纯度，也降低交叉极化比，位置相对的所述锥形探针到所述短路板的距离不一致，所述锥形探针与其中一个相邻的所述锥形探针到所述短路板的距离均相等，以使减少位置相对的馈电结构之间互耦的影响，并且可以减小对立的两馈电结构由于反相馈电导致的反射系数不一致性的影响。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图；
图2是本发明图1主视图；
图3是本发明图2中A-A方向的剖视图；
图4是本发明图2中俯视图；
图5是本发明图2中仰视图；
图6是本发明图第一实施例数据图。
附图标记：1、短路板；2、馈电结构；3、中心锥形台；4、喇叭；5、波导管；6、同轴探针；7、锥形探针；8、馈电端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
参照图1-6所示，本实施例的一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，包括波导管5，波导管5的一端设置有喇叭4，波导管5的另一端设置有短路板1(有效的与馈电结构2激励起相应频段的信号)，波导管5上设置有四组馈电结构2，四组馈电结构2环形阵列设置于波导管5的外部侧壁上，四组馈电结构2两两相对设置的方式能够形成正交的四端口正交馈电，实现正交双极化特性，馈电结构2包括馈电端8和锥形探针7，锥形探针7与馈电端8电连接，锥形探针7位于波导管5内，且垂直于波导管5轴心，锥形探针7在波导管5内部，对波导管5内部电磁场起扰动作用，使之激励起所需要的场，同时锥形探针7的锥形结构有效拓宽馈电处的匹配带宽，实现宽带性能，由于在锥形探针7轴向上，各表面点上电场幅度相位不同，采用尺寸渐变的锥形探针7设计可以分别独立的拓宽相应端口的匹配带宽；通过给位置相对的馈电结构2分别馈入等幅反相的信号，使得其位置相对的两个锥形探针7在波导管5内激励起同极化场；同理，给另外两个位置相对的馈电结构2分别馈入等幅反相的信号，使得其位置相对的两个锥形探针7在波导管5内激励起同极化场，如此即可实现正交极化特性的同时，还提高了该极化纯度，也降低交叉极化比，位置相对的锥形探针7到短路板1的距离不一致，锥形探针7与其中一个相邻的锥形探针7到短路板1的距离均相等，以使减少位置相对的馈电结构2之间互耦的影响，并且可以减小对立的两馈电结构2由于反相馈电导致的反射系数(本发明中反射系数是指两对立端口同时馈入等幅反相信号时，考虑馈电结构2间的相互影响后的值)不一致性的影响。
参照图3所示，位置相对的锥形探针7尺寸不相同，锥形探针7与其中一个相邻的锥形探针7尺寸相同，可以进一步的减小两对立端口的反射系数的不一致性。
参照图1-3所示，馈电端8包括设置于波导管5外侧的同轴探针6，同轴探针6与波导管5的连接端延伸进入到波导管5内，同轴探针6与锥形探针7电连接。
参照图3所示，同轴探针6与锥形探针7之间为采用SMA接口连接。
在一个实施例中，同轴探针6与锥形探针7之间为采用TNC天线接口连接。
参照图1-3所示，波导管5呈锥形设置，波导管5与喇叭4连接端面的直径大于波导管5与短路板1连接端面的直径，此设置方法有效地提高了拓宽天线匹配带宽。
参照图1所示，喇叭4为波纹喇叭，利用波纹喇叭结构，实现稳定的相位中心特性。
参照图1所示，波纹喇叭由若干圈金属环构成，以使形成轴向波纹喇叭，相邻的金属环之间间距相等，相较于传统在喇叭4内壁中嵌入了波纹槽的方式，轴向波纹喇叭在馈入反相差分信号时，不会因为差分信号的存在，使得对称馈电结构2的信号相位差180°，有效地解决了对称馈电结构2之间的反射系数存在不一致性且影响天线的工作带宽的问题，并且该设置方式将馈电结构2激励的导行波信号向自由空间辐射，通过合理的设计波纹喇叭的口径以及波纹间距，可以改善天线的相位中心稳定度，使得在宽带范围内，天线的相位中心稳定在几何中心附近。
参照图1所示，短路板1上设置有中心锥形台3，中心锥形台3的轴心与波导管5的轴心相重合，中心锥形台3的顶端直径小于中心锥形台3的底端直径，中心锥形台3的长度大于锥形探针7与短路板1之间的距离，中心锥形台3有效地将位置相对的馈电结构2之间隔离，减小位置相对的馈电结构2之间的互耦问题，并且进一步减小了位置相对的馈电结构2之间的反射系数存在不一致性，同时提高了正交馈电结构2之间的隔离度，改善了交叉极化比，另外在中心锥形台3与波导管5的轴心重合，使得场的分布非均匀性，渐变的中心锥形台3设计可以改善非均匀性导致的阻抗失配，提高阻抗匹配带宽。
第一实施例中，金属环的数量为3圈，同轴探针6距离短路板11在0.25λ1左右，其中λ1为最低频空气中波长，锥形台的高度为96.7mm，电尺寸为0.55λ2，锥形波导上下口径分别为92mm和160mm,电尺寸为0.52λ2和0.9λ2。本发明最终整体尺寸为Φ92mm*Φ190mm*长度284.4mm，在此时实施例下，实验数据结果见附图6；
附图6：其中L1为本实施例天线的反射系数线，L2为现有技术中的天线的反射系数，横坐标为频率，纵坐标为信号强度；
通过附图6可知，在第一实施例中，在1.67～3GHz频带内，两端口反射系数在-10dB以下，相对带宽达到57％，实现了低频段的宽带性能，且两端口反射系数一致性较高；天线的交叉极化比在中心点±30°内小于-30dB，天线增益稳定在9～12dB。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，其特征在于：包括波导管(5)，所述波导管(5)的一端设置有喇叭(4)，所述波导管(5)的另一端设置有短路板(1)，所述波导管(5)上设置有四组馈电结构(2)，四组所述馈电结构(2)环形阵列设置于所述波导管(5)的外部侧壁上，所述馈电结构(2)包括馈电端(4)和锥形探针(7)，所述锥形探针(7)与所述馈电端(4)电连接，所述锥形探针(7)位于所述波导管(5)内，且垂直于所述波导管(5)轴心，位置相对的所述锥形探针(7)到所述短路板(1)的距离不一致，所述锥形探针(7)与其中一个相邻的所述锥形探针(7)到所述短路板(1)的距离均相等。
2.根据权利要求1所述的一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，其特征在于：所述馈电端(8)包括设置于所述波导管(5)外侧的同轴探针(6)，所述同轴探针(6)与所述波导管(5)的连接端延伸进入到所述波导管(5)内，所述同轴探针(6)与所述锥形探针(7)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，其特征在于：所述同轴探针(6)与所述锥形探针(7)之间为采用SMA接口连接。
4.根据权利要求1-3中的任意一项所述的一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，其特征在于：位置相对的所述锥形探针(7)尺寸不相同，所述锥形探针(7)与其中一个相邻的锥形探针(7)尺寸相同。
5.根据权利要求1所述的一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，其特征在于：所述波导管(5)呈锥形设置，所述波导管(5)与所述喇叭(4)连接端面的直径大于所述波导管(5)与所述短路板(1)连接端面的直径。
6.根据权利要求1所述的一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，其特征在于：所述喇叭(4)为波纹喇叭。
7.根据权利要求5所述的一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，其特征在于：所述波纹喇叭由若干圈金属环构成，以使形成轴向波纹喇叭，相邻的所述金属环之间间距相等。
8.根据权利要求6所述的一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，其特征在于：所述金属环的数量为3圈。
9.根据权利要求1所述的一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，其特征在于：所述短路板(1)上设置有中心锥形台(3)，所述中心锥形台(3)的轴心与所述波导管(5)的轴心相重合，所述中心锥形台(3)的顶端直径小于所述中心锥形台(3)的底端直径。
10.根据权利要求8所述的一种基于非对称馈电的宽带馈源天线，其特征在于：所述中心锥形台(3)的长度大于所述锥形探针(7)与所述短路板(1)之间的距离。
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