CN209312996U - 四脊结构超宽带喇叭天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种四脊结构超宽带喇叭天线，涉及通信天线技术领域。所述天线包括喇叭天线本体，所述喇叭天线本体包括四个呈圆周状排列的脊，每两个双脊结构在一个平面内，两个双脊构成的平面相互垂直，沿所述脊的长度方向将脊等分成若干个区间，在每一个单独的数学区间内，脊的宽度按照统一的数学函数进行渐变或按照不同的数学函数进行变化，在每个区间的连接处，根据喇叭天线的最高工作频率来确定脊的宽度。所述喇叭天线工作带宽宽，可以工作到毫米波太赫兹频段，且在全频带内具有良好的增益特性和较小的驻波，可以满足5G频段的收发需求。

Description

四脊结构超宽带喇叭天线

技术领域

本实用新型涉及通信用天线技术领域，尤其涉及一种四脊结构超宽带喇叭天线。

背景技术

超宽带天线技术，是当今国内外的一个研究热点。它早先起源于军用雷达领域，在雷达探测、反隐身技术、电子对抗等先进军事技术中已经证明了它的卓越性。近年来，超宽带技术逐渐被引入了民用领域，军事和民用领域的超宽带雷达和通信系统的超宽带天线备受重视，在宽带通信、扩频通信、探地雷达、冲激雷达、电磁兼容等瞬态电磁场领域获得大量应用。

目前毫米波及太赫兹波段的技术发展迅速，毫米波和太赫兹波在高速无线通信，雷达，人体安全检测等领域具有广阔的应用前景，尤其是第五代移动通信5G技术即将大规模商用，要实现5G毫米波频段信号的发射和接收，离不开各种收发天线，目前迫切需要可以工作到该频段用于5G的新型超宽带喇叭天线。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种可以工作到毫米波太赫兹频段，且在全频带内具有良好的增益特性和较小的驻波，可以满足5G频段的收发需求的超宽带喇叭天线。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种四脊结构超宽带喇叭天线，包括喇叭天线本体，其特征在于：所述喇叭天线本体包括四个呈圆周状排列的脊，每两个双脊结构在一个平面内，两个双脊构成的平面相互垂直，沿所述脊的长度方向将脊等分成若干个区间，在每一个单独的数学区间内，脊的宽度按照统一的数学函数进行渐变或按照不同的数学函数进行变化，在每个区间的连接处，根据喇叭天线的最高工作频率来确定脊的宽度。

进一步的技术方案在于：每条所述脊的长度为L，沿所述脊的长度方向将脊等分成若9个区间，分别为0到L/9区间，L/9到2L/9区间，2L/9到L/3区间，L/3到4/9L区间，4/9L 5/9L区间，5/9L区间到2/3L区间，2/3L到7L/9区间，7/9L到8/9L区间, 8/9L到L区间。

进一步的技术方案在于：所述脊的宽度y满足以下函数：

y=exp（Az）+B1z（0<z<L/9）;

y=exp（Az）+B2z（L/9<z<2L/9）;

y=exp（Az）+B3z（2L/9<z<L/3）;

y=exp（Az）+B4z（L/3<z<4L/9）;

y=exp（Az）+B5z（4L/9<z<5L/9）;

y=exp（Az）+B6z（5L/9<z<2L/3）;

y=exp（Az）+B7z（2L/3<z<7L/9）;

y=exp（Az）+B8z（7L/6<z<8L/9）;

y=exp（Az）+B9z（8L/9<z<L）;

其中，z为沿所述脊的长度方向上距离脊的起始点的距离, A∈[0.018，0.038]，B1∈[0.001，0.003], B2∈[0.001，0.003], B3∈[0.001，0.003], B4∈[0.001，0.003], B5∈[0.001，0.003], B6∈[0.001，0.003], B7∈[0.001，0.003], B8∈[0.001，0.003], B9∈[0.001，0.003]。

进一步的技术方案在于：在z=L/9处和其整数倍位置处，四个脊宽度变化的边上各添加一个金属小块，其长度在2.5到5.5mm之间，宽度有限制；

在z=L/9处，每个金属小块的宽度为最高工作频率50GHz波长的八分之一，即50GHz波长的1/8，等于0.75mm；

在z=2L/9处，每个金属小块的宽度为45GHz波长的八分之一，等于0.83mm；

在z=L/3处，每个金属小块的宽度为40GHz波长的八分之一，等于0.9375mm；

在z=4L/9处，每个金属小块的宽度为35GHz波长的八分之一，等于1.07mm；

在z=5L/9处，每个金属小块的宽度为30GHz波长的八分之一，等于1.25mm；

在z=2L/3处，每个金属小块的宽度为25GHz波长的八分之一，等于1.5mm；

在z=7L/9处，每个金属小块的宽度为20GHz波长的八分之一，等于1.875mm；

在z=8L/9处，每个金属小块的宽度为10GHz波长的八分之一，等于3.75mm；

在z=L处，每个金属小块的宽度为5GHz波长的八分之一，等于7.5mm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述喇叭天线本体包括四个呈圆周状排列的脊，每两个双脊结构在一个平面内，两个双脊构成的平面相互垂直，沿所述脊的长度方向将脊等分成若干个区间，在每一个单独的数学区间内，脊的宽度按照统一的数学函数进行渐变或按照不同的数学函数进行变化，在每个区间的连接处，根据喇叭天线的最高工作频率来确定脊的宽度。因此，所述天线中四脊结构设计简单，加工简单；基于该四脊结构的超宽带喇叭天线，工作带宽宽，可以工作到50GHz，且在5GHz到50GHz内具有良好的增益特性和较小的驻波，可以满足5G频段的收发需求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例所述喇叭天线中两脊结构的示意图；

图2是本实用新型实施例所述超宽带喇叭天线的结构示意图；

图3是本实用新型实施例所述喇叭天线的增益测试曲线图；

图4是本实用新型实施例所述喇叭天线的天线系数测试曲线图；

图5是本实用新型实施例所述喇叭天线的驻波测试曲线图（端口-V）；

图6是本实用新型实施例所述喇叭天线的驻波测试曲线图（端口-H）；

图7是本实用新型实施例所述喇叭天线的交叉极化隔离测试曲线;

图8是本实用新型实施例所述喇叭天线的隔离测试曲线；

其中：1、脊；2、金属小块。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型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实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-图2所示，本实用新型实施例公开了一种四脊结构超宽带喇叭天线，包括喇叭天线本体，所述喇叭天线本体包括四个呈圆周状排列的脊，每两个双脊结构在一个平面内，两个双脊构成的平面相互垂直，沿所述脊的长度方向将脊等分成若干个区间，在每一个单独的数学区间内，脊的宽度按照统一的数学函数进行渐变或按照不同的数学函数进行变化，在每个区间的连接处，根据喇叭天线的最高工作频率来确定脊的宽度。

进一步的，本实用新型提出将0到L（脊长度）的区间进行划分，由于超宽带天线工作带宽为数个倍频程，我们将0到L的区间划分为9个区间，即0到L/9区间，L/9到2L/9区间，2L/9到L/3区间，L/3到4/9L区间，4/9L 5/9L区间，5/9L区间到2/3L区间，2/3L到7L/9区间，7/9L到8/9L区间, 8/9L到L区间。在每一个单独的数学区间内，可以按照统一的数学函数进行脊宽度的渐变，也可以按照不同的数学函数进行变化。在每个区间的连接处，脊宽度不适用数学函数，而是根据喇叭天线的工作频率来确定。

以采用本实用新型所提出的新型四脊结构，以5到50GHz的超宽带喇叭天线为例进行说明。如附图1所示，为本实用新型所提出的新型四脊结构中yOz平面内的双脊结构。yOz平面内双脊的变化曲线按照以下规律进行变化。脊曲线采用一个简单的指数曲线并加上一次线性项，用于起到扩展频带的作用。本实施例中，脊曲线的表达式为：

y=exp（Az）+B1z（0<z<L/9）;

y=exp（Az）+B2z（L/9<z<2L/9）;

y=exp（Az）+B3z（2L/9<z<L/3）;

y=exp（Az）+B4z（L/3<z<4L/9）;

y=exp（Az）+B5z（4L/9<z<5L/9）;

y=exp（Az）+B6z（5L/9<z<2L/3）;

y=exp（Az）+B7z（2L/3<z<7L/9）;

y=exp（Az）+B8z（7L/6<z<8L/9）;

y=exp（Az）+B9z（8L/9<z<L）;

在z=L/9处和其整数倍位置处，在脊的上下两侧各添加一个金属小块，其长度在2.5到5.5mm之间，宽度有限制。

在z=L/9处，每个小块的宽度为最高工作频率50GHz波长的八分之一，即50GHz波长的1/8，等于0.75mm；

在z=2L/9处，每个小块的宽度为45GHz波长的八分之一，等于0.83mm；

在z=L/3处，每个小块的宽度为40GHz波长的八分之一，等于0.9375mm；

在z=4L/9处，每个小块的宽度为35GHz波长的八分之一，等于1.07mm；

在z=5L/9处，每个小块的宽度为30GHz波长的八分之一，等于1.25mm；

在z=2L/3处，每个小块的宽度为25GHz波长的八分之一，等于1.5mm；

在z=7L/9处，每个小块的宽度为20GHz波长的八分之一，等于1.875mm；

在z=8L/9处，每个小块的宽度为10GHz波长的八分之一，等于3.75mm；

在z=L处，每个小块的宽度为5GHz波长的八分之一，等于7.5mm；

双脊之间在L/9及整数倍处的金属片对，可以有效增加增益且能扩展频带。

四脊结构中，另外两个双脊结构采用与yOz平面内的双脊结构相同的结构，采用相同的数学渐变曲线。

基于本实施例中的新型四脊结构制作的5到50GHz的超宽带喇叭天线，除四脊以外，其余馈电结构采用本领域技术人员均熟悉的常用结构，并对该天线进行了测试，附图3为双极化超宽带天线的增益曲线，附图4为双极化超宽带天线的天线系数测试曲线，附图5-6为双极化超宽带天线的驻波测试曲线，附图7为超宽带天线的交叉极化隔离测试曲线，附图8为双极化超宽带天线的端口隔离测试曲线。

所述天线中四脊结构设计简单，加工简单；基于该四脊结构的超宽带喇叭天线，工作带宽宽，可以工作到50GHz，且在5GHz到50GHz内具有良好的增益特性和较小的驻波，可以满足5G频段的收发需求。

Claims (4)

1.一种四脊结构超宽带喇叭天线，包括喇叭天线本体，其特征在于：所述喇叭天线本体包括四个呈圆周状排列的脊（1），每两个双脊结构在一个平面内，两个双脊构成的平面相互垂直，沿所述脊（1）的长度方向将脊（1）等分成若干个区间，在每一个单独的数学区间内，脊（1）的宽度按照统一的数学函数进行渐变或按照不同的数学函数进行变化，在每个区间的连接处，根据喇叭天线的最高工作频率来确定脊（1）的宽度。

2.如权利要求1所述的四脊结构超宽带喇叭天线，其特征在于：每条所述脊（1）的长度为L，沿所述脊（1）的长度方向将脊等分成若9个区间，分别为0到L/9区间，L/9到2L/9区间，2L/9到L/3区间，L/3到4/9L区间，4/9L 5/9L区间，5/9L区间到2/3L区间，2/3L到7L/9区间，7/9L到8/9L区间, 8/9L到L区间。

3.如权利要求1所述的四脊结构超宽带喇叭天线，其特征在于：所述脊（1）的宽度y满足以下函数：

y=exp（Az）+B1z（0<z<L/9）;

y=exp（Az）+B2z（L/9<z<2L/9）;

y=exp（Az）+B3z（2L/9<z<L/3）;

y=exp（Az）+B4z（L/3<z<4L/9）;

y=exp（Az）+B5z（4L/9<z<5L/9）;

y=exp（Az）+B6z（5L/9<z<2L/3）;

y=exp（Az）+B7z（2L/3<z<7L/9）;

y=exp（Az）+B8z（7L/6<z<8L/9）;

y=exp（Az）+B9z（8L/9<z<L）;

其中，z为沿所述脊的长度方向上距离脊的起始点的距离, A∈[0.018，0.038]，B1∈[0.001，0.003], B2∈[0.001，0.003], B3∈[0.001，0.003], B4∈[0.001，0.003], B5∈[0.001，0.003], B6∈[0.001，0.003], B7∈[0.001，0.003], B8∈[0.001，0.003], B9∈[0.001，0.003]。

4.如权利要求3所述的四脊结构超宽带喇叭天线，其特征在于：

在z=L/9处和其整数倍位置处，四个脊宽度变化的边上各添加一个金属小块（2），其长度在2.5到5.5mm之间，宽度有限制；

在z=L/9处，每个金属小块的宽度为最高工作频率50GHz波长的八分之一，即50GHz波长的1/8，等于0.75mm；

在z=2L/9处，每个金属小块的宽度为45GHz波长的八分之一，等于0.83mm；

在z=L/3处，每个金属小块的宽度为40GHz波长的八分之一，等于0.9375mm；

在z=4L/9处，每个金属小块的宽度为35GHz波长的八分之一，等于1.07mm；

在z=5L/9处，每个金属小块的宽度为30GHz波长的八分之一，等于1.25mm；

在z=2L/3处，每个金属小块的宽度为25GHz波长的八分之一，等于1.5mm；

在z=7L/9处，每个金属小块的宽度为20GHz波长的八分之一，等于1.875mm；

在z=8L/9处，每个金属小块的宽度为10GHz波长的八分之一，等于3.75mm；

在z=L处，每个金属小块的宽度为5GHz波长的八分之一，等于7.5mm。