CN212968070U

CN212968070U - 一种喇叭天线

Info

Publication number: CN212968070U
Application number: CN202022373887.2U
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Xi'an Antanna Microwave Technology Co ltd
Current assignee: Xi'an Antanna Microwave Technology Co ltd
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2021-04-13
Anticipated expiration: 2030-10-23

Abstract

本申请提供了一种喇叭天线，属于天线技术领域，能够解决现有的喇叭天线的方向图旋转对称等化性较差的问题。该喇叭天线包括波导和喇叭；所述喇叭包括相连接的第一喇叭段和第二喇叭段；所述第二喇叭段的远离所述第一喇叭段的端面与所述波导连通；所述第二喇叭段的母线包括至少一段弧线段；所述第一喇叭段的母线和所述弧线段均向外凸起。本实用新型的喇叭天线具有较好的方向图旋转对称等化性。

Description

一种喇叭天线

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种喇叭天线。

背景技术

随着现代无线通信事业的发展，人们越来越需要大容量的宽带通信系统。而将Ka频段应用于大容量宽带通信系统，可以提高该系统的抗干扰性、保密性、抗毁性和灵活性。目前，该频段信号的收发常用的是喇叭天线。

但是现有的喇叭天线由于在各个切面内方向图不一致，两个主面内相位中心也不重合，从而方向图旋转对称等化性较差，进而难以满足高性能、高效率反射面天线系统在通信、雷达和移动终端设备等领域的应用需求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种喇叭天线，能够解决现有的喇叭天线的方向图旋转对称等化性较差的问题。

实现本申请目的的技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种喇叭天线，包括波导和喇叭；所述喇叭包括相连接的第一喇叭段和第二喇叭段；所述第二喇叭段的远离所述第一喇叭段的端面与所述波导连通；所述第二喇叭段的母线包括至少一段弧线段；所述第一喇叭段的母线和所述弧线段均向外凸起。

可选的，所述弧线段包括相连接的第一弧线段和第二弧线段。

可选的，所述第一喇叭段的远离所述第二喇叭段的端面为喇叭口面；所述喇叭口面沿径向并向所述喇叭的内侧延伸形成延伸台；所述延伸台上设置有同心环槽，且所述同心环槽的轴线与所述喇叭的轴线重合。

可选的，所述延伸台上设置有两个所述同心环槽。

可选的，所述同心环槽的深度为喇叭天线接收或者发射的波长的1/4。

可选的，靠近所述延伸台中心的所述同心环槽为第一同心环槽，远离所述延伸台中心的所述同心环槽为第二同心环槽；所述第一同心环槽的底面到所述延伸台的底面的距离小于所述第二同心环槽的底面到所述延伸台的底面的距离。

可选的，所述波导包括馈电圆波导和台阶圆波导；所述馈电圆波导为中空柱状，并套设在所述台阶圆波导上；所述馈电圆波导和所述台阶圆波导的同一端的端面均与所述喇叭连通。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

本实用新型实施例提供的喇叭天线，包括相连接的第一喇叭段和第二喇叭段，第二喇叭段的母线包括至少一段弧线段，且第一喇叭段的母线和该弧线段向外凸起。而现有的喇叭天线的母线均为直线，相较于现有的喇叭天线，本申请的喇叭天线的母线为连续多阶曲线，能够使喇叭天线在各个切面的方向图一致，两个主面内相位中心更好的重合，与现有喇叭天线具有相同轴向长度时，喇叭口面具有大张角，从而本申请的喇叭天线具有较好的方向图旋转对称等化性，进而可以满足高性能、高反射面天线系统在通信、雷达和移动终端设备等领域的应用需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的喇叭天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的喇叭天线的主视图；

图3为本实用新型实施例提供的喇叭天线的A-A向示意图；

图4为本实用新型实施例提供的喇叭天线的VSWR曲线图；

图5为本实用新型实施例提供的喇叭天线的低频方向图；

图6为本实用新型实施例提供的喇叭天线的中心频点方向图；

图7为本实用新型实施例提供的喇叭天线的高频方向图；

图8为本实用新型实施例提供的喇叭天线的0度切面极化隔离方向图；

图9为本实用新型实施例提供的喇叭天线的90度切面极化隔离方向图。

图标：1-波导；11-馈电圆波导；12-台阶圆波导；2-喇叭；21-第一喇叭段；22-第二喇叭段；221-第一弧线段；222-第二弧线段；23-喇叭口面；24-延伸台；241-同心环槽；2411-第一同心环槽；2412-第二同心环槽；3-法兰；4-固定销；5-短路板；6-短路柱；7-馈电口；8-激励探针；9-安装孔。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

请参考图1所示，图1为本实用新型实施例提供的喇叭天线的结构示意图。该喇叭天线，包括波导1和喇叭2。其中，本实用新型实施例的喇叭2通过亚毫米级壁厚的全薄壁结构设计，使该喇叭天线的质量约为50g，而现有的常规的喇叭天线重量约为500g，与常规喇叭天线相比，减重约90%，实现了超轻结构设计。

与此同时，亚毫米级壁厚的全薄壁结构设计与有限元力学仿真分析相结合，实现了喇叭天线的去应力集中点的高刚度、高强度和优异电性能的融合设计，从而不仅使该喇叭天线具有超轻的特性，而且具有优异的电性能、高刚度、高强度的特点。

喇叭2包括相连接的第一喇叭段21和第二喇叭段22，第二喇叭段22的远离第一喇叭段21的端面与波导1连通。

第二喇叭段22的母线包括至少一段弧线段，第一喇叭段21的母线和弧线段均向外凸起，即喇叭天线的母线为连续多阶曲线，能够使喇叭天线在各个切面的方向图一致，两个主面内相位中心更好的重合，同时在轴向长度相同的情况下，相较于现有的喇叭天线的母线为直线，该喇叭天线的喇叭口面23的直径大小更大，即喇叭口面23具有大张角，进而具有较好的方向图旋转对称等化性，从而可以满足高性能、高反射面天线系统在通信、雷达和移动终端设备等领域的应用需求。

若需获得相同直径大小的喇叭口面23，本实用新型实施例的喇叭天线轴向长度会更小，从而压缩了喇叭天线的轴向长度，进而实现了该喇叭天线的小型化。

同时本实用新型实施例的喇叭2采用变张角设计技术，实现了TM抑制，还拓展了喇叭天线工作频带宽度，使其在10%带宽范围内实现了90%的口径效率，交叉极化抑制度优于40dB。

另外，本实用新型实施例的喇叭2为光滑内壁。该喇叭天线的母线为连续多阶曲线以及采用光滑的赋形内壁，使之相较于常规喇叭天线，电性能不易受周围EM环境加载而劣化，从而具有更加优异的电性能，并且在Ka频段内，口径效率高于96%，在10%带宽范围内交叉极化抑制度优于-40dB，VSWR小于1.24。

在实际应用中，第二喇叭段22的母线包括至少一段弧线段，即弧线段可以为一段、两段、三段等，本实用新型实施例对此不做限定。图1和图2示出了弧线段为两段时的示意图，此时，弧线段包括相连接的第一弧线段221和第二弧线段222。相较于只有一段弧线段，两段弧线段能够使该喇叭天线具有更佳的方向图旋转对称等化性。相较于多于两段的弧线段，只有两段弧线段的喇叭天线易于制作，从而降低了制作成本。

在实际应用中，第一喇叭段21的远离第二喇叭段22的端面为喇叭口面23。喇叭口面23沿径向并向喇叭2的内侧延伸形成延伸台24；延伸台24上设置有同心环槽241，且同心环槽241的轴线与喇叭2的轴线重合。

本实用新型实施例通过设置轴向的同心环槽241，提高了该喇叭天线的喇叭口面23引入的连续性，减少了电流外溢和边缘绕射，从而进一步改善了方向图旋转对称等化性，并提高交叉极化抑制度，进而使该喇叭天线具有优良的性能。

可选的，如图3所示，延伸台24上设置有两个同心环槽241，从而形成了轴向的波纹环槽，进而使该喇叭天线可在20%相对带宽范围内实现30dB性能优异的交叉极化与SLL抑制。

在实际应用中，同心环槽241的深度为喇叭天线接收或者发射的波长的1/4，从而进一步减小喇叭天线的边缘绕射，改善方向图旋转对称等化性及提高交叉极化抑制度，以获得更加优良的性能。

如图3所示，靠近延伸台24中心的同心环槽241为第一同心环槽2411，远离延伸台24中心的同心环槽241为第二同心环槽2412。第一同心环槽2411的底面到延伸台24的底面的距离小于第二同心环槽2412的底面到延伸台24的底面的距离，即第一同心环槽2411和第二同心环槽2412的底面高度呈阶梯状，从而使该喇叭天线能够实现高极化隔离度。

如图1和图2所示，波导1包括馈电圆波导11和台阶圆波导12。馈电圆波导11为中空柱状，并套设在台阶圆波导12上，馈电圆波导11和台阶圆波导12的同一端的端面均与喇叭2连通，从而使波导1给喇叭天线提供更优的信号和能量。

如图1所示，本实用新型实施例提供的喇叭天线还包括法兰3，该法兰3中部设置有通孔，法兰3的一面设置有短路板5，台阶圆波导12的远离喇叭2的一端的端面与短路柱6连接后，插入该通孔中，且该短路柱6与短路板5连接。

继续参照图1所示，台阶圆波导12插入法兰3的部分，沿径向设置有馈电口7，激励探针8的一端穿过法兰3后，设置于该馈电口7内。法兰3上还设置有4个垂直于底面的固定销4，用来起固定作用。同时法兰3上，设置激励探针8的位置的两侧还设置有两个安装孔9，该安装孔9用于连接sma接头和法兰3。

本实用新型的喇叭天线通过紧凑轴向长度、喇叭口面大张角、轴向阶梯的同心扼流波纹环槽和多阶曲线光滑赋形内壁设计实现了该喇叭天线轻量化、小型化、高效率、高增益、宽频带、高波束旋转对称等化性、大前后比、高交叉极化抑制度设计。

图4为本实用新型实施例提供的喇叭天线的VSWR曲线图。由图可知，该喇叭天线在30GHz~39GHz工作频带范围内驻波小于1.24，即在26%相对带宽内实现了优异的阻抗匹配性能。

图5为本实用新型实施例提供的喇叭天线的低频方向图。该图为本实用新型实施例提供的喇叭天线工作于低频端时的方向图仿真结果，由图可知，该喇叭天线的增益约24dB，HPBW约为15°，天线方向图具有良好的旋转对称等化特性，从而可以保证在不同来波方向下，天线都具有稳定且一致的接收性能，进而保证了雷达接收高速链路数据传输的可靠性。

图6为本实用新型实施例提供的喇叭天线的中心频点方向图。该图为本实用新型实施例提供的喇叭天线工作于中心频点时的方向图仿真结果，由图可知，该喇叭天线的增益约24dB，HPBW约为15°，F/B约为39dB，从0deg、45deg、90deg和135deg切面天线方向图计算结果可以看出该天线波束依然具有良好的方向图旋转对称等化性。

图7为本实用新型实施例提供的喇叭天线的高频方向图。该图为本实用新型实施例提供的喇叭天线工作于高频端时的方向图仿真结果，由图可知，该喇叭天线的增益约24dB，与低频端和中心频点相比，保持了良好的增益稳定特性。HPBW约为15°，F/B约为42dB，各个切面方向图具有近乎一致的辐射特性，说明该天线设计实现了整个工作频带内，天线波束高增益、高效率、均一化趋同稳定辐射性能，具备显著的阻抗及方向图宽带高效率工作特性。

图8为本实用新型实施例提供的喇叭天线的0度切面极化隔离方向图，图9为本实用新型实施例提供的喇叭天线的90度切面极化隔离方向图，即图8和图9提供了该喇叭天线在0度切面和90度切面的主极化和交叉极化辐射特性曲线。从对比计算结果可以看出，该天线具有良好的交叉极化分量抑制特性，在整个波束范围内极化抑制度优于-42dB，实现了高极化纯度辐射，具有出色的链路高极化损失抑制特性，是Ka频段高速宽带高性能通信、电侦及雷达系统天馈的理想天线单元形式。

由此可知，本申请的喇叭天线可在30GHz~39GHz，26%带宽范围内实现波束等化辐射特性，增益大于24dB，HPBW大于15°，交叉极化抑制度优于40dB，前后比大于39dB，实现了常规喇叭天线方向图辐射特性无法同时满足的宽频带、高效率、高增益、高波瓣旋转等化、高交叉极化抑制度、超级薄壁轻量化和小型化技术指标要求。采用多圈轴向阶梯波纹同心环槽及喇叭光滑曲线赋形变张角协同设计技术及对天线众多一体化集成结构参数进行优化调谐，并通过智能优化算法，建立优化目标适应度函数，多轮多次对其进行数值逼近，寻找满足要求的全局最优解，并实现了电性能最优化设计。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

Claims

1.一种喇叭天线，其特征在于，包括波导和喇叭；

所述喇叭包括相连接的第一喇叭段和第二喇叭段；

所述第二喇叭段的远离所述第一喇叭段的端面与所述波导连通；

所述第二喇叭段的母线包括至少一段弧线段；

所述第一喇叭段的母线和所述弧线段均向外凸起。

2.根据权利要求1所述的喇叭天线，其特征在于，所述弧线段包括相连接的第一弧线段和第二弧线段。

3.根据权利要求1所述的喇叭天线，其特征在于，所述第一喇叭段的远离所述第二喇叭段的端面为喇叭口面；

所述喇叭口面沿径向并向所述喇叭的内侧延伸形成延伸台；

所述延伸台上设置有同心环槽，且所述同心环槽的轴线与所述喇叭的轴线重合。

4.根据权利要求3所述的喇叭天线，其特征在于，所述延伸台上设置有两个所述同心环槽。

5.根据权利要求3或4所述的喇叭天线，其特征在于，所述同心环槽的深度为所述喇叭天线接收或者发射的波长的1/4。

6.根据权利要求3所述的喇叭天线，其特征在于，靠近所述延伸台中心的所述同心环槽为第一同心环槽，远离所述延伸台中心的所述同心环槽为第二同心环槽；

所述第一同心环槽的底面到所述延伸台的底面的距离小于所述第二同心环槽的底面到所述延伸台的底面的距离。

7.根据权利要求1所述的喇叭天线，其特征在于，所述波导包括馈电圆波导和台阶圆波导；

所述馈电圆波导为中空柱状，并套设在所述台阶圆波导上；

所述馈电圆波导和所述台阶圆波导的同一端的端面均与所述喇叭连通。