CN116722364A - 具备高功率电磁防护功能的喇叭天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，涉及通信天线技术领域。所述喇叭天线包括具备电磁防护结构的底座，所述底座的上部设置有上下具有开口的四棱台喇叭体，所述四棱台喇叭体的上部设置有上下具有开口的圆柱喇叭体，所述圆柱喇叭体的上部设置有上下具有开口的圆台喇叭体。本申请中电磁防护结构被设计在喇叭天线内壁。同时，采用双同轴馈电结构和台阶式金属隔板，赋予了天线双圆极化工作的能力。此外，在喇叭结构内还加载了波纹结构用以改善天线的辐射特性。基于上述结构的喇叭天线，在工作频段内具备良好的双圆极化辐射性能及强电磁防护能力，该设计方案相比传统的天线罩方案有着较大的优势。

Description

具备高功率电磁防护功能的喇叭天线

技术领域

本发明涉及通信天线技术领域，尤其涉及一种具备高功率电磁防护功能的喇叭天线。

背景技术

现代化战争中，信息是指挥作战的关键要素，通讯系统、导航定位、目标探测都高度依赖电子科学技术以及电子信息设备的发展。随着电子信息技术的快速发展与广泛应用，军事武器中的电子设备高度集成化，功能也趋于多样化，然而，这使得信息化武器装备对电磁波的敏感程度随之提高。在这种背景下高功率微波武器应运而生，这是通过应用高功率电磁脉冲来破坏信息系统的一种手段。

高功率电磁脉冲对电子信息系统的破坏原理大致如下：首先电磁脉冲由天线、线缆和各种孔缝向内部渗透，其能量变成随时间、空间变化的大电流、大电压；然后把能量传输到内部脆弱的部位，如电子元器件、集成电路等，造成电子元器件、集成电路的损坏。天线作为电子信息系统的前端部件，成为抵制高功率电磁脉冲信号的第一道屏障，其性能的优劣将直接关乎系统的安全性。

通过调研，发明人发现当前的技术中所采用的天线罩加载的方式虽然能够一定程度提高天线的抗强电磁脉冲的能力，但该形式显著增加了系统体积，对于系统小型化的发展趋势是不利的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种在工作频段内具备良好的双圆极化辐射性能及强电磁防护能力的喇叭天线。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，包括具备电磁防护结构的底座，所述底座的上部设置有上下具有开口的四棱台喇叭体，所述四棱台喇叭体的上部设置有上下具有开口的圆柱喇叭体，所述圆柱喇叭体的上部设置有上下具有开口的圆台喇叭体。

进一步的技术方案在于：所述底座包括矩形波导，所述矩形波导的内设置有台阶式金属隔板，所述台阶式金属隔板将所述矩形波导分为左右两个腔体，第一金属脊和第二金属脊相对的设置在左腔体的下部空间内，第三金属脊和第四金属脊相对的设置在右腔体的下部空间内，两个同轴连接器相对的设置在所述矩形波导上两个侧壁上，所述同轴连接器上侧的矩形波导的内壁上设置有若干个电磁防护结构。

进一步的技术方案在于：所述台阶式金属隔板的后侧边与所述矩形波导的后内侧壁固定连接，所述台阶式金属隔板的前侧边与所述矩形波导的前后内侧壁之间具有间隙，所述台阶式金属隔板的上侧边为前后宽度阶段变小的阶梯状。

进一步的技术方案在于：所述第一金属脊至第四金属脊的结构相同，都为扇形结构，其中所述第一金属脊固定在所述矩形波导左内侧壁的竖直中心线上，所述第二金属脊固定在所述台阶式金属隔板的左侧面上，且第一金属脊的弧形面与所述第二金属脊的弧形面相对设置；所述第四金属脊固定在所述矩形波导右内侧壁的竖直中心线上，所述第三金属脊固定在所述台阶式金属隔板的右侧面上，且第三金属脊的弧形面与所述第四金属脊的弧形面相对设置。

进一步的技术方案在于：所述同轴连接器包括同轴金属外壳，所述同轴金属外壳内嵌到所述矩形波导的左、右侧壁上，同轴金属外壳内的波导侧壁上形成有通孔，所述通孔内设置有同轴金属内导体，且所述同轴金属内导体不与所述波导的侧壁接触，所述同轴金属外壳与同轴金属内导体之间填充有同轴介质，两个所述同轴连接器上的同轴金属内导体连成一体且依次穿过所述第一金属脊、第二金属脊、第三金属脊以及第四金属脊。

进一步的技术方案在于：所述电磁防护结构包括介质板，所述介质板的背面形成有金属背板，所述介质板的中心形成有金属化过孔，所述金属化过孔内形成有金属柱，所述介质板的正面形成有谐振结构，所述金属柱的上端与所述谐振结构连接，所述金属柱的下端与所述金属背板连接。

进一步的技术方案在于：所述谐振结构包括设置在所述介质板正面的外围金属贴片，所述外围金属贴片上形成有与类六边形金属贴片相适配的开口，类六边形金属贴片位于所述开口内，且所述类六边形金属贴片不与所述外围金属贴片直接接触，类六边形金属贴片的每条边与外围金属贴片之间设置有一个PIN二极管。

进一步的技术方案在于：所述圆台喇叭体为上下贯通结构，且下端的直径小于上端的直径，底部有圆台底部开孔，顶部有圆台顶部开孔，圆台喇叭体的内设置有波纹结构，所述波纹结构包括从下到上间隔设置的第一圆环、第二圆环、第三圆环、第四圆环、第五圆环以及第六圆环。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明所述天线采用双馈（两个同轴连机器）形式，可以产生两种旋向的圆极化辐射；喇叭天线采用全金属结构，加工工艺成熟，可靠性高，应用范围广，不存在加工技术难题；电磁防护结构采用微带结构，加工工艺成熟，可靠性高，应用范围广，不存在加工技术难题；与其他形式的喇叭体相比，在喇叭体内部加载波纹结构，有如下优势：相比于普通光壁圆锥喇叭E面绕射较大的问题，波纹槽的应用，使得喇叭口径边缘的绕射得到较好的改善，从而使得其副瓣以及后瓣较小，且方向图的E面和H面重合性变好，即方向图的等化性能得到提升；具有确定的稳定的相位中心；波束效率得到提高，从而可以使得天线口面尺寸减小；交叉极化电平较低，极化隔离度得到大幅度提高。将电磁防护结构与天线深入融合，赋予了天线较强的电磁防护能力，同时也有利于系统的小型化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例所述喇叭天线的结构示意图；

图2为本发明实施例所述喇叭天线中底座结构示意图；

图3为本发明实施例所述喇叭天线中底座的部分结构示意图；

图4为本发明实施例所述喇叭天线中底座的部分结构的主视图；

图5为本发明实施例所述喇叭天线中底座的部分结构的侧视图；

图6为本发明实施例所述喇叭天线中电磁防护结构的分解结构示意图；

图7为本发明实施例所述喇叭天线中电磁防护结构的分解结构得主视图；

图8为本发明实施例所述喇叭天线中电磁防护结构的俯视图；

图9为本发明实施例所述喇叭天线中电磁防护结构的立体图；

图10为本发明实施例所述喇叭天线中电磁防护结构的传输系数曲线；

图11为本发明实施例所述喇叭天线中四棱台喇叭体结构示意图；

图12为本发明实施例所述喇叭天线中圆柱喇叭体结构示意图；

图13为本发明实施例所述喇叭天线中圆台喇叭体结构示意图；

图14为本发明实施例所述喇叭天线中圆台喇叭体内部的波纹结构示意图；

图15为本发明实施例所述喇叭天线中圆台喇叭体的立体结构示意图；

其中：1、底座；101、矩形波导；102、同轴连接器；103、金属脊；1031、第一金属脊；1032、第二金属脊；1033、第三金属脊；1034、第四金属脊；104、台阶式金属隔板；105、电磁防护结构；1051、金属背板；1051-1、金属柱；1052、介质板；1052-1、金属化过孔；1053、谐振结构；1053-1、类六边形金属贴片；1053-2、PIN二极管；1053-3、外围金属贴片；

2、四棱台喇叭体；201、四棱台底部开孔；202、四棱台顶部开孔；

3、圆柱喇叭体；301、圆柱底部开孔；302、圆柱顶部开孔；

4、圆台喇叭体；401、圆台底部开孔；402、圆台顶部开孔；403、波纹结构；403-1、第一圆环；403-2、第二圆环；403-3、第三圆环；403-4、第四圆环；403-5、第五圆环；403-6、第六圆环。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明实施例公开了一种具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，包括具备电磁防护结构的底座1，所述底座1的上部设置有上、下具有开口的四棱台喇叭体2，所述四棱台喇叭体2的上部设置有上、下具有开口的圆柱喇叭体3，所述圆柱喇叭体3的上部设置有上、下具有开口的圆台喇叭体4。本申请所述喇叭天线包括喇叭天线和电磁防护结构，电磁防护结构被设计在喇叭天线内壁，同时，采用双同轴馈电结构和台阶式金属隔板，赋予了天线双圆极化工作的能力。此外，在喇叭结构内还加载了波纹结构用以改善天线的辐射特性。基于上述结构的喇叭天线，在工作频段内具备良好的双圆极化辐射性能及强电磁防护能力，该设计方案相比传统的天线罩方案有着较大的优势。

进一步的，如图2-图5所示，所述底座1包括矩形波导101，所述矩形波导101内设置有台阶式金属隔板104，所述台阶式金属隔板104将所述矩形波导101分为左右两个腔体，第一金属脊1031和第二金属脊1032相对的设置在左腔体的下部空间内，第三金属脊1033和第四金属脊1034相对的设置在右腔体的下部空间内，两个同轴连接器102相对的设置在所述矩形波导101的两个侧壁上，所述同轴连接器102上侧的矩形波导101的内壁上设置有若干个电磁防护结构105。一侧同轴连接器向一侧腔体进行激励可产生一种旋向的圆极化辐射，另一侧同轴连接器向另一侧腔体进行激励可产生另一种旋向的圆极化辐射。通过改变所述金属脊103的尺寸可以调节天线的阻抗匹配特性。

进一步的，如图2-图5所示，所述台阶式金属隔板104的后侧边与所述矩形波导101的后内侧壁固定连接，所述台阶式金属隔板104的前侧边与所述矩形波导101的前内侧壁之间具有间隙，所述台阶式金属隔板104的上侧边为前后宽度阶段变小的阶梯状。通过改变台阶式金属隔板104各个台阶的尺寸可以调节天线的轴比特性。

进一步的，如图2-图5所示，所述第一金属脊1031至第四金属脊1034的结构相同，都为扇形结构，其中所述第一金属脊1031固定在所述矩形波导101左内侧壁的竖直中心线上，所述第二金属脊1032固定在所述台阶式金属隔板104的左侧面上，且第一金属脊1031的弧形面与所述第二金属脊1032的弧形面相对设置；所述第四金属脊1034固定在所述矩形波导101右内侧壁的竖直中心线上，所述第三金属脊1033固定在所述台阶式金属隔板104的右侧面上，且第三金属脊1033的弧形面与所述第四金属脊1034的弧形面相对设置。

进一步的，如图5所示，所述同轴连接器102包括同轴金属外壳1021，所述同轴金属外壳1021内嵌到所述矩形波导101的左、右侧壁上，同轴金属外壳1021内的波导侧壁上形成有通孔，所述通孔内设置有同轴金属内导体1023，且所述同轴金属内导体1023不与所述波导的侧壁接触，所述同轴金属外壳1021与同轴金属内导体1023之间填充有同轴介质1022，两个所述同轴连接器102上的同轴金属内导体1023连成一体且依次穿过所述第一金属脊1031、第二金属脊1032、第三金属脊1033以及第四金属脊1034。

进一步的，如图6-图9所示，所述电磁防护结构105包括介质板1052，所述介质板1052的背面形成有金属背板1051，所述介质板1052的中心形成有金属化过孔1052-1，所述金属化过孔1052-1内形成有金属柱1051-1，所述介质板1052的正面形成有谐振结构1053，所述金属柱1051-1的上端与所述谐振结构1053连接，所述金属柱1051-1的下端与所述金属背板1051连接。

进一步的，如图9所示，所述谐振结构1053包括设置在所述介质板1052正面的外围金属贴片1053-3，所述外围金属贴片1053-3上形成有与类六边形金属贴片1053-1相适配的开口，类六边形金属贴片1053-1位于所述开口内，且所述类六边形金属贴片1053-1不与所述外围金属贴片1053-3直接接触，类六边形金属贴片1053-1的每条边与外围金属贴片1053-3之间设置有一个PIN二极管1053-2。

对于圆极化波的电磁防护需要采用各向同性的结构，考虑到结构设计和制造的难度，一般采用正多边形结构。研究表明，正三角形、正四边形、正六边形和圆形金属贴片在垂直极化和水平极化电磁波照射下的防护效能依次增加，因此，本实施例在性能优化的基础上采用了一种类六边形结构。类六边形金属贴片位于1053-1外围金属贴片中心，二者之间由六个PIN二极管1053-2相连，外围金属贴片1053-3是一种由矩形金属贴片中心开孔所得到的结构，中心开孔的尺寸略微大于类六边形金属贴片1053-1。

图10为本发明实施例所述喇叭天线中电磁防护结构的传输系数曲线，由图可知该结构在f1~f5频段内可以由透波状态切换为防护状态。高功率电磁防护的原理如下：当高功率电磁脉冲入射到电磁防护结构105中时，瞬时产生的感应电压会将PIN二极管1053-2导通，此时破坏了电磁防护结构105的谐振状态，使得该结构处于一种防护状态，电磁波传输受阻，从而对系统起到保护作用。而在安全情况下，入射电磁波功率较低，此时结构中不会产生较强的感应电压， PIN二极管1053-2处于关闭状态，此时电磁防护结构105处于一种透波状态，电磁波可以顺利通过，从而不影响天线的正常工作。

图11为本发明实施例所述喇叭天线中四棱台喇叭体2的结构示意图，该结构上下贯通，底部有四棱台底部开孔201，顶部有四棱台顶部开孔202。

图12为本发明实施例所述喇叭天线的圆柱喇叭体3的结构示意图，该结构上下贯通，底部有圆柱底部开孔301，顶部有圆柱顶部开孔302。

图13为本发明实施例所述喇叭天线的圆台喇叭体4的结构示意图。该结构上下贯通，底部有圆台底部开孔401，顶部有圆台顶部开孔402。同时，在圆台喇叭体4内设置有波纹结构403，波纹结构403包括第一圆环403-1、第二圆环403-2、第三圆环403-3，第四圆环403-4、第五圆环403-5以及第六圆环403-6如图14所示。

为清晰展示结构特点，图15提供了本发明实施例所述喇叭天线的圆台喇叭体加载内部波纹结构的立体图。

本发明实施例未提供结构的具体尺寸参数，因为对应不同的应用需求，将有不同的性能指标要求，因此尺寸并不固定。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，其特征在于：包括具备电磁防护结构的底座（1），所述底座（1）的上部设置有上、下具有开口的四棱台喇叭体（2），所述四棱台喇叭体（2）的上部设置有上、下具有开口的圆柱喇叭体（3），所述圆柱喇叭体（3）的上部设置有上、下具有开口的圆台喇叭体（4）。

2.如权利要求1所述的具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，其特征在于：所述底座（1）包括矩形波导（101），所述矩形波导（101）内设置有台阶式金属隔板（104），所述台阶式金属隔板（104）将所述矩形波导（101）分为左右两个腔体，第一金属脊（1031）和第二金属脊（1032）相对的设置在左腔体的下部空间内，第三金属脊（1033）和第四金属脊（1034）相对的设置在右腔体的下部空间内，两个同轴连接器（102）相对的设置在所述矩形波导（101）的两个侧壁上，所述同轴连接器（102）上侧的矩形波导（101）的内壁上设置有若干个电磁防护结构（105）。

3.如权利要求2所述的具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，其特征在于：所述台阶式金属隔板（104）的后侧边与所述矩形波导（101）的后内侧壁固定连接，所述台阶式金属隔板（104）的前侧边与所述矩形波导（101）的前内侧壁之间具有间隙，所述台阶式金属隔板（104）的上侧边为前后宽度阶段变小的阶梯状。

4.如权利要求2所述的具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，其特征在于：所述第一金属脊（1031）至第四金属脊（1034）的结构相同，都为扇形结构，其中所述第一金属脊（1031）固定在所述矩形波导（101）左内侧壁的竖直中心线上，所述第二金属脊（1032）固定在所述台阶式金属隔板（104）的左侧面上，且第一金属脊（1031）的弧形面与所述第二金属脊（1032）的弧形面相对设置；所述第四金属脊（1034）固定在所述矩形波导（101）右内侧壁的竖直中心线上，所述第三金属脊（1033）固定在所述台阶式金属隔板（104）的右侧面上，且第三金属脊（1033）的弧形面与所述第四金属脊（1034）的弧形面相对设置。

5.如权利要求4所述的具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，其特征在于：所述同轴连接器（102）包括同轴金属外壳（1021），所述同轴金属外壳（1021）内嵌到所述矩形波导（101）的左、右侧壁上，同轴金属外壳（1021）内的波导侧壁上形成有通孔，所述通孔内设置有同轴金属内导体（1023），且所述同轴金属内导体（1023）不与所述波导的侧壁接触，所述同轴金属外壳（1021）与同轴金属内导体（1023）之间填充有同轴介质（1022），两个所述同轴连接器（102）上的同轴金属内导体（1023）连成一体且依次穿过所述第一金属脊（1031）、第二金属脊（1032）、第三金属脊（1033）以及第四金属脊（1034）。

6.如权利要求2所述的具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，其特征在于：所述电磁防护结构（105）包括介质板（1052），所述介质板（1052）的背面形成有金属背板（1051），所述介质板（1052）的中心形成有金属化过孔（1052-1），所述金属化过孔（1052-1）内形成有金属柱（1051-1），所述介质板（1052）的正面形成有谐振结构（1053），所述金属柱（1051-1）的上端与所述谐振结构（1053）连接，所述金属柱（1051-1）的下端与所述金属背板（1051）连接。

7.如权利要求6所述的具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，其特征在于：所述谐振结构（1053）包括设置在所述介质板（1052）正面的外围金属贴片（1053-3），所述外围金属贴片（1053-3）上形成有与类六边形金属贴片（1053-1）相适配的开口，类六边形金属贴片（1053-1）位于所述开口内，且所述类六边形金属贴片（1053-1）不与所述外围金属贴片（1053-3）直接接触，类六边形金属贴片（1053-1）的每条边与外围金属贴片（1053-3）之间设置有一个PIN二极管（1053-2）。

8.如权利要求1所述的具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，其特征在于：所述四棱台喇叭体（2）上下贯通，底部有四棱台底部开孔（201），顶部有四棱台顶部开孔（202）。

9.如权利要求1所述的具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，其特征在于：所述圆柱喇叭体（3）上下贯通，底部有圆柱底部开孔（301），顶部有圆柱顶部开孔（302）。

10.如权利要求1所述的具备高功率电磁防护功能的喇叭天线，其特征在于：所述圆台喇叭体（4）为上下贯通结构，且下端的直径小于上端的直径，底部有圆台底部开孔（401）、，顶部有圆台顶部开孔（402），圆台喇叭体（4）的内设置有波纹结构（403），所述波纹结构（403）包括从下到上间隔设置的第一圆环（403-1）、第二圆环（403-2）、第三圆环（403-3）、第四圆环（403-4）、第五圆环（403-5）以及第六圆环（403-6）。