CN214378829U - 一款低副瓣高增益赋形透镜天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一低副瓣高增益赋形天线，其特征在于，包括馈源介质棒天线、波导过渡段、赋形透镜，所述馈源介质棒天线与波导过渡段相连接，并与赋形透镜间隔相应距离放置。所述馈源介质棒天线包括方波导、圆锥喇叭、以及锥削渐变介质波导，所述馈源介质棒天线通过法兰盘与波导过渡段连接。与现有技术相比，本实用新型具有高增益、低副瓣、低成本、易加工制作等优点。

Description

一款低副瓣高增益赋形透镜天线

技术领域

本实用新型涉及通信、天线和雷达技术领域，尤其是涉及一款低副瓣高增益赋形透镜天线。

背景技术

雷达逐渐进入人们的视野，在灾害性天气分析与预报、污染监测等方面起重要的风廓线为人类提供了巨大的帮助。不同于传统测风工具的测试数据误差大，成本较高，风廓线对于诸多气象要素具有良好的探测性能，逐渐进入测风领域。风廓线雷达是应用于测风领域的新型雷达系统，其探测基础为雷达发射电磁波，探测大气湍流所造成的电磁回波，湍流的后向散射回波相对于其他目标物的后向散射回波小得多。因此应用于风廓线雷达的天线需要具备高增益、低副瓣、低成本、口径场满足特殊的场分布的特点。

通常应用于风廓线雷达的天线为相控阵天线与抛物面天线。能够获得以上要求的技术指标，且具有波束指向高精度的特点。但目前应用于风廓线雷达的此两类天线成本高，收发隔离度较低，体积过大应用场景受限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种易加工、成本低廉、高增益、低副瓣、满足特殊场分布的赋形透镜天线。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低副瓣高增益赋形透镜天线，其特征在于，包括馈源介质棒天线、波导过渡段、赋形透镜，所述馈源介质棒天线与波导过渡段相连接，并与赋形透镜间隔相应距离放置。

进一步地，所述馈源介质棒天线包括方波导、圆锥喇叭以及锥削渐变介质波导，方波导与圆锥喇叭相连接且由硬铝制成，锥削渐变介质波导插入圆锥喇叭中。

进一步地，所述波导过渡段结构包括两段波导渐变结构与相关固定连接件，两端波导渐变结构等长，通过其两次转接结构最终与WR42标准波导相连接。

进一步地，所述锥削渐变介质波导包括圆锥段、圆柱段、圆台段，采用机加工的形式加工成一体。

进一步地，所述馈源介质棒天线介质波导圆台段底部与圆锥喇叭末端平齐，插入金属结构件中。

进一步地，所述锥削渐变介质波导由Rexolite 1422机加工而成。

进一步地，所述赋形透镜距离馈源介质棒天线顶端距离140mm

进一步地，所述赋形透镜由聚四氟乙烯(PTFE)制成。

与现有技术相比，本实用新型可用于实现高增益、低副瓣、波束指向性高，具有如下有益效果：

(1)本实用新型基于风廓线雷达天线的实际应用以及低成本、易制作的前提下，通过馈源介质棒天线、波导过渡结构、波导同轴转换器件以及赋形透镜这些结构的设计，设计获得高增益、低副瓣、低成本的赋形透镜天线。

(2)本实用新型的天线增益为35dBi，副瓣电平为-26dBi，波束宽度为4°

(3)本实用新型的天线口径为330mm，馈源介质棒天线顶端距离赋形透镜的中心位置为140mm，口径效率高于60％

(4)本实用新型的馈源介质棒天线采用同轴馈电的形式，根据波导同轴转换器设计两端转接过渡结构，与转接器波导口尺寸一致，在转接结构的设计中选择合适的尺寸使得插入损耗尽可能的小。馈源的远场增益为 15.4dBi，3dB波瓣宽度为35°，副瓣电平为-26.1dB。

附图说明

图1为本实用新型的低副瓣高增益赋形透镜天线的整体结构图；

图2为本实用新型的馈源介质棒的结构图；

图3为本实用新型的赋形透镜的结构图；

图4为本实用新型的方波导及波导过渡器件的结构图。

图5为本实用新型的圆锥喇叭结构图

其中：1、波导同轴转换器，2、波导过渡段，3、馈源介质棒天线，4、赋形透镜，301、方波导,302、圆锥喇叭，303、锥削渐变介质波导，303a、圆锥段，303b、圆柱段，303c、圆台段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一款应用于风廓线雷达的低副瓣高增益赋形透镜天线，考虑到目前应用在风廓线雷达系统中的相控阵天线以及抛物面天线，具有高成本、收发隔离度较低以及体积过大的缺点。因此本实用新型提供了一种设计低成本、低副瓣、高增益、易制作的赋形透镜天线，应用于风廓线雷达中，探测湍流微弱信号的后向散射回波。

如图1-5所示，本实用新型赋形透镜天线包括波导同轴转换器1、波导过渡段2、馈源介质棒天线3和赋形透镜4，所述波导过渡段2的两端分别安装有所述波导同轴转换器1和方波导301，所述方波导301的另一端安装有圆锥喇叭302，所述锥削渐变介质波导303按顺序插入所述圆锥喇叭302与所述方波导301内的腔体中。

所述波导同轴转换器1用于激励所述馈源介质棒天线3，采用标准波导WR42波导口与后端波导器件相连接。一端接波导器件，另一端接同轴电缆。波导同轴转换驻波比≤1.25，插入损耗≤0.3dB。

所述馈源介质棒天线3通过法兰盘与所述波导过渡段2连接，所述波导过渡段2包含两段波导渐变结构与固定连接件。每段波导渐变结构均为 5mm，以使其具有较小的插入损耗，用于将8mm标准方波导过渡为WR42 标准波导口。

所述馈源介质棒天线3包括方波导301、圆锥喇叭302与锥削渐变介质波导303,所述锥削渐变介质波导303按顺序依次包括圆锥段303a、圆柱段303b、圆台段303c,所述圆台段303c底部与所述圆锥喇叭302末端平齐。在所述方波导301与所述圆锥喇叭302中插入锥削渐变介质波导303，可实现TE₁₀(TE₀₁)模平滑过渡为介质波导中的

模，同时所述锥削渐变介质波导303可实现中空介质波导与介质填充波导之间在宽频带上的阻抗匹配。

本实例中，为更好适用24GHz的工作频率，基于相关截至频率的考虑采用所述方波导301而不是运用圆波导，所述圆锥喇叭302起到激励表面波的作用。

所述馈源介质棒天线3在工作频率为22GHz～26GHz频带范围内驻波比低于1.2，于24GHz时该馈源天线的增益为15.4dBi，3dB波瓣宽度为 35°，副瓣电平为-26.1dB。结合赋形透镜4所设计的馈源介质棒天线3的 -10dB波瓣宽度为30°。

所述赋形透镜天线4将从焦点处的馈源辐射出的球面波，经透镜折射后变为等幅同相的平面波。设计采用最为简单的单面透镜，及一个面为平面，另一个面为曲面。利用等光程原理(光线传播的路径是需时最少的路径)得到透镜的剖面曲线。

FP＝FQ+nQQ′

P点的极坐标形式为

其中FQ的值为焦距f，得到下式：

将P点设为原点O，直角坐标形式为(x，y)

ρ²＝(x+f)²+y²

最终得到双曲线方程为

(n²-1)x²+2(n-1)fx-y²＝0

本实施例中，所述赋形透镜天线4采用设计中采用PTFE(聚四氟乙烯)。为避免赋形透镜的重量过重，进行减重操作，做三次减重切除。

所述赋形透镜4需要保证相邻射线之间的相位差为2π，即满足下式：

由以上单面透镜的分析可知，第k区的剖面曲线为；

化简为

k取值1.2.3.4.5……M-1，得到沿x轴相差

的双曲线方程

本实例中所述赋形透镜4口径为直径300mm，赋形透镜天线的最大增益为34.8dBi，3dB波瓣宽度为3.2°，副瓣电平为-26dB。

本实施例的赋形透镜天线应用于探测大气湍流的风廓线雷达中，具有低副瓣、高增益和低成本、易制作等优点。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种低副瓣高增益赋形透镜天线，其特征在于，包括馈源介质棒天线(3)、波导过渡段(2)、赋形透镜(4)，所述馈源介质棒天线(3)与波导过渡段(2)相连接，并与赋形透镜(4)间隔距离放置。

2.根据权利要求1所述的一种低副瓣高增益赋形透镜天线，其特征在于，所述馈源介质棒天线(3)包括方波导(301)、圆锥喇叭(302)、以及锥削渐变介质波导(303)。

3.根据权利要求1所述的一种低副瓣高增益赋形透镜天线，其特征在于，所述馈源介质棒天线(3)通过法兰盘与波导过渡段(2)连接。

4.根据权利要求1所述的一种低副瓣高增益赋形透镜天线，其特征在于，所述波导过渡段(2)包括两段波导渐变结构与固定连接件。

5.根据权利要求2所述的一种低副瓣高增益赋形透镜天线，其特征在于，所述锥削渐变介质波导(303)按顺序依次包括圆锥段(303a)、圆柱段(303b)、圆台段(303c)。

6.根据权利要求5所述的一种低副瓣高增益赋形透镜天线，其特征在于，所述锥削渐变介质波导(303)的圆台段(303c)底部与圆锥喇叭(302)末端平齐。

7.根据权利要求1所述的一种低副瓣高增益赋形透镜天线，其特征在于，所述赋形透镜(4)的中心位置与馈源介质棒天线顶端距离为140mm。

8.根据权利要求1所述的一种低副瓣高增益赋形透镜天线，其特征在于，所述赋形透镜的口径为300mm。

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