CN114336064A

CN114336064A - 一种喇叭天线

Info

Publication number: CN114336064A
Application number: CN202111423878.2A
Authority: CN
Inventors: 樊薇曦; 雷静; 樊良海; 万人民; 李世平
Original assignee: CETC 39 Research Institute
Current assignee: CETC 39 Research Institute
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明公开了一种喇叭天线，包括：天线本体、过渡段、整流环和波导同轴转换；天线本体，与过渡段连接，具有与过渡段相适配的第一腔体；过渡段，设置在天线本体与波导同轴转换之间，为中空结构，且两侧开口，其内部设置有多级对称的台阶结构，用以实现天线本体与波导同轴转换的阻抗变换；整流环，设置在天线本体的端口面，整流环为沿第一腔体外围设置的凹槽结构；波导同轴转换，与过渡段连接，并形成天线安装端。本发明实施例通过设置嵌入端口面的整流环，从而实现降低边缘绕射。并且通过阶梯的过渡段实现天线本体与波导同轴转换的阻抗变换，从而有效降低了天线整体的复杂程度。本公开的天线结构简单且具有较高的宽角增益。

Description

一种喇叭天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种喇叭天线。

背景技术

扇形波束由于具备多方位角观测以及宽幅测量的能力，在机载SAR系统、星载雷达散射计系统和射电天文观测系统等多领域得到了广泛的应用。

在工作频率比较高时，扇形波束天线通常采用波导缝隙阵或者采用喇叭天线构成馈源阵列，用抛物柱面作为反射面来实现。而当工作频率比较低时则通常采用对称振子天线阵作馈源，抛物柱面作为反射面的形式。但是这几种实现扇形波束的天线形式，其复杂程度和损耗、成本都较高，且无论在体积还是重量上都远远超过了微小卫星、微纳卫星的要求。

现有的方案中通过直接改变辐射器口面尺寸的办法实现扇形波束。但是该方法形成扇形波束的同时，保证宽频带的低仰角增益性能是一大难点。

发明内容

本发明实施例提供一种喇叭天线，实现较高的宽角增益，通过简单的方式实现扇形波束，降低系统的复杂度、损耗和成本。

本发明实施例提供一种喇叭天线，包括：天线本体、过渡段、整流环和波导同轴转换；

所述天线本体，与所述过渡段连接，具有与所述过渡段相适配的第一腔体；

所述过渡段，设置在所述天线本体与所述波导同轴转换之间，为中空结构，且两端开口，其内部设置有多级对称的过渡台阶，其与所述天线本体连接处开口的横截面积大于与所述波导同轴转换连接处开口的横截面积，用以实现所述天线本体与波导同轴转换的阻抗变换；

所述整流环，设置在所述天线本体的端口面，所述整流环为沿所述第一腔体外围设置的凹槽结构；

所述波导同轴转换，与所述过渡段连接，并形成天线安装端。

在一些实施例中，所述天线本体的端口面的截面为长方形结构。

在一些实施例中，在所述天线本体的第一腔体长边对应的内壁两侧对称设置有一级台阶结构。

在一些实施例中，所述天线本体内的台阶结构到所述天线本体端口面的距离为λ0/6-λ0/4，λ0表示中心频率波长。

在一些实施例中，所述过渡段与所述天线本体连接处的过渡台阶与所述天线本体的短边对应。

在一些实施例中，各级过渡台阶的侧壁具有圆弧倒角，且圆弧倒角的半径是基于天线相关参数确定的。

在一些实施例中，所述整流环的深度为λ0/4-λ0/2，λ0表示中心频率波长，且所述整流环的侧壁具有圆弧倒角。

在一些实施例，还包括：第一法兰，设置在所述天线本体的端口面，且与所述天线本体的端口面齐平。

在一些实施例，还包括：第二法兰，设置在所述波导同轴转换与所述过渡段之间，以与所述波导同轴转换共同形成天线安装端。

在一些实施例，所述天线本体和所述过渡段均采用铝合金材料制成，且表面经过铝合金导电氧化处理。

本发明实施例通过设置嵌入端口面的整流环凹槽结构，从而实现降低边缘绕射。并且通过阶梯的过渡段实现天线本体与波导同轴转换的阻抗变换，从而有效缩小天线尺寸，并获得良好的驻波特性。本公开的天线结构简单且具有较高的宽角增益。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本公开的喇叭天线整体结构示意图；

图2为本公开的喇叭天线过渡段剖面示意图；

图3为本公开的喇叭天天线本体剖面示意图；

图4为本公开的喇叭天线的过渡段的结构示意图；

图5为本公开的喇叭天线的天线本体正面示意图；

图6为本公开的喇叭天线的天线本体背面示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本公开实施例提供一种喇叭天线，如图1、图2、图3所示，包括：天线本体1、过渡段2、整流环6和波导同轴转换4。所述天线本体1，与所述过渡段2连接，天线本体1具有与所述过渡段相适配的第一腔体11。所述过渡段2，设置在所述天线本体1与所述波导同轴转换4之间，过渡段2为中空结构，过渡段2且两端开口。如图1所示，过渡段2内部设置有多级对称的过渡台阶23，其与所述天线本体1连接处的开口的横截面积大于其与所述波导同轴转换4连接处的开口的横截面积。

也即本示例中过渡段2其内为中空结构，如图2所示，过渡段2整体外形也呈台阶状，其内设置有多级对称的过渡台阶。本公开中过渡段2用以实现所述天线本体与波导同轴转换的阻抗变换。过渡段2具有相对的两端，其中一端(宽端)与天线主体1固定连接，另一端(窄端)与波导同轴转换4固定连接。

在一些实施例中，所述天线本体1的端口面的截面为长方形结构，也即喇叭天线口面的两个主要的尺寸大小是不同的，天线主平面内的波束宽度在一定程度上是与口面尺寸成反比。

所述整流环6，设置在所述天线本体的端口面，所述整流环为沿所述第一腔体11外围设置的凹槽结构，且凹槽具有预设的深度，本公开的整流环6可以降低边缘绕射。

所述波导同轴转换4，与所述过渡段2连接，并形成天线安装端。

本公开的喇叭天线通过过渡段2实现天线本体1与波导同轴转换4的阻抗变换，从而有效缩小天线尺寸，并获得良好的驻波特性。同时设置整流环4实现对天线主体1的第一腔体11金属墙壁和空间耦合电流的等化作用，降低边缘绕射，并有效降低“增益凹点”的深度，提高天线的宽角增益。

根据微小卫星、微纳卫星平台的特点，喇叭天线应尽量使用体积小、重量轻，以适应卫星平台的尺寸、布局及载荷重量要求。在一些实施例中，在所述天线本体的第一腔体11长边对应的内壁两侧对称设置有一级台阶结构22。作为一种示例性的设计，所述天线本体1内的台阶结构22到所述天线本体端口面的距离为λ₀/6-λ₀/4，λ₀表示中心频率波长。通过设计该级台阶结构22能够实现调整驻波的效果。

在一些实施例中，所述过渡段2与所述天线本体1连接处的过渡台阶23与所述天线本体1的短边对应。过渡段2其内设置有多级对称的过渡台阶23，过渡段2内具有多级过渡台阶23，两侧的过渡阶梯是对称的，阶数相同。

如图4所示，过渡段2内各级过渡阶梯对应的侧壁均具有圆弧倒角21，且各圆弧倒角21的半径是基于天线相关参数确定的。例如各圆弧倒角21的倒角半径可以设置为相同，也可以根据阶梯结构的深度，设置对应的倒角半径。通过倒角的方式能够提升过渡的效果，提高天线的整体性能。

一些示例中天线主体1的第一腔体11和过渡段2所设计的各个阶梯结构的倒角可以使用电火花加工工艺加工，且各阶梯的圆弧倒角21的倒角半径设置为一致。圆弧倒角的倒角半径的尺寸是影响电气性能的因素，需要在加工过程中严格保证各段阶梯的尺寸，各个圆弧倒角21可以设置为小半径的过渡圆弧。本示例中采用过渡段2(阻抗变换段)进行标准波导口到喇叭口的阻抗变换，本示例中将阻抗变换段设计为多级台阶分布的形式，能够进一步减小天线的尺寸，并且实现宽频带良好的驻波性能。

在一些实施例中，天线本体1的第一腔体11长边的台阶结构22，该级台阶结构22的端部设置有圆弧倒角。该圆弧倒角的倒角半径可以与前述的过渡台阶23的倒角半径相同。本公开的整个天线(包含天线本体1和过渡段2)腔内侧边均进行圆弧设计，不留直角结构，通过这样的方式可以使天线具有宽频带良好的驻波性能。

在一些实施例中，所述整流环的深度为λ₀/4-λ₀/2，且所述整流环的侧壁具有圆弧倒角。通过这样的方式能够进一步提高提高天线的宽角增益。

在一些实施例中，还包括：第一法兰5，设置在所述天线本体的端口面，且与所述天线本体1的端口面齐平。如图5、图6所示，第一法兰5的尺寸大于天线本体1的端口面的尺寸。通过这样方式可以通过第一法兰5屏蔽天线后方不良环境影响。

在一些实施例中，如图1、图2所示，还包括：第二法兰3，设置在所述波导同轴转换与所述过渡段之间，以与所述波导同轴转换共同形成天线安装端。第二法兰3的设置可以方便安装和拆卸。

装星时，天线安装端与卫星也可以采用螺钉连接，实现喇叭天线与展开装置以及卫星之间的电导通。第二法兰3连接面接口与卫星上接地桩导通，即可确保天线静电释放。喇叭天线安装在星体对地面，天线安装端设置在过渡段下表面，实现对地理想的扇形波束。

在一些实施例中，所述天线本体1和所述过渡段2均采用铝合金材料制成，且表面经过铝合金导电氧化处理。天线主体包括整流环6、天线本体1以及过渡段2均可以采用铝合金金属材料制成，表面状态为铝合金导电氧化。在-105℃～105℃(工作温度为-90℃～90℃)的温度范围内，喇叭天线各部组件能够正常工作。各部组件材料一致，最大程度避免了因不同材料热胀系数不同引起的热应力，由此材料热变形引起结构尺寸变化非常小，对性能的影响可忽略。天线主体材料无其他非金属材料，也能满足天线使用环境的辐照剂量要求。

本公开的喇叭天线通过加入整流环，对低仰角的增益情况进行改进使方向图更加规整。并且，通过多个阶梯过渡腔体的阻抗匹配段的小型化设计，实现同轴线到喇叭口的宽带匹配馈电。

针对微小卫星、微纳卫星平台对可实现宽频带扇形波束天线的需求，本公开采用一体化喇叭天线设计，具备结构紧凑、尺寸小、重量轻的特点，解决了常用天线方案尺度大、重量重的装载难题，且天线具有较高的宽角增益，接收波束范围大的特点。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种喇叭天线，其特征在于，包括：天线本体、过渡段、整流环和波导同轴转换；

2.如权利要求1所述的喇叭天线，其特征在于，所述天线本体的端口面的截面为长方形结构。

3.如权利要求2所述的喇叭天线，其特征在于，在所述天线本体的第一腔体长边对应的内壁两侧对称设置有一级台阶结构。

4.如权利要求3所述的喇叭天线，其特征在于，所述天线本体内的台阶结构到所述天线本体端口面的距离为λ₀/6-λ₀/4，λ₀表示中心频率波长。

5.如权利要求2所述的喇叭天线，其特征在于，所述过渡段与所述天线本体连接处的过渡台阶与所述天线本体的短边对应。

6.如权利要求1所述的喇叭天线，其特征在于，各级过渡台阶的侧壁具有圆弧倒角，且圆弧倒角的半径是基于天线相关参数确定的。

7.如权利要求1所述的喇叭天线，其特征在于，所述整流环的深度为λ₀/4-λ₀/2，λ₀表示中心频率波长，且所述整流环的侧壁具有圆弧倒角。

8.如权利要求1所述的喇叭天线，其特征在于，还包括：

第一法兰，设置在所述天线本体的端口面，且与所述天线本体的端口面齐平。

9.如权利要求1所述的喇叭天线，其特征在于，还包括：

第二法兰，设置在所述波导同轴转换与所述过渡段之间，以与所述波导同轴转换共同形成天线安装端。

10.如权利要求1所述的喇叭天线，其特征在于，所述天线本体和所述过渡段均采用铝合金材料制成，且表面经过铝合金导电氧化处理。