CN220856912U - 一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线，其特征在于，包括开口圆锥波导、反向四脊脊板、馈电结构、横向波纹部件，开口圆锥波导包括第一圆台腔体，第一圆台腔体直径较小的一端设有馈电结构；反向四脊脊板包括四块脊板，相邻脊板的连接处形成脊曲线，脊曲线满足三阶贝塞尔函数曲线方程；横向波纹部件上设有圆环槽；馈电结构与反向四脊脊板及开口圆锥波导的内壁相连并为天线进行差分馈电，差分馈电激励起的信号经由横向波纹部件上的圆环槽辐射出去。本实用新型利用脊曲线为三阶贝塞尔函数曲线方程的脊板改善天线的匹配特性，实现了宽频带工作特性，且在工作频带内具有较高的端口隔离度与交叉极化辨识度。

Description

一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域,特别涉及一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线。

背景技术

现有的开口波导天线具有结构简单、形状规则、方向图良好的特性，常作为测量探头并应用于近场天线测量系统中。现代高精度测量系统对测量探头天线的带宽、极化隔离度、方向图、隔离度等性能都有较高的要求。

现有常用的矩形开口波导天线存在带宽窄、端口隔离度低等不足。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有的矩形开口波导天线存在带宽窄、端口隔离度低的不足之处，提供一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线，能够有效解决上述问题。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线，包括开口圆锥波导、反向四脊脊板、馈电结构、横向波纹部件，所述开口圆锥波导包括第一圆台腔体，第一圆台腔体直径较小的一端设有馈电结构；反向四脊脊板包括四块脊板，相邻脊板的连接处形成脊曲线，脊曲线满足三阶贝塞尔函数曲线方程；反向四脊脊板位于第一圆台腔体内；横向波纹部件为环形结构，横向波纹部件上设有圆环槽，横向波纹部件设置在第一圆台腔体直径较大的一端上；

馈电结构与反向四脊脊板及开口圆锥波导的内壁相连并为天线进行差分馈电，差分馈电激励起的信号经由横向波纹部件上的圆环槽辐射出去。

作为优选，所述开口圆锥波导还包括第二圆台腔体，第二圆台腔体直径较大的一端与第一圆台腔体直径较小的一端相连，第二圆台腔体直径较小的一端为封闭端。

作为优选，所述的开口圆锥波导的材料为铝，第一圆台腔体直径较大一端的端面直径为99.2mm，第一圆台腔体直径较小一端的端面直径为55mm，第一圆台腔体的高度为143mm；

第二圆台腔体直径较大一端的端面直径与第一圆台腔体直径较小一端的端面直径相同，第二圆台腔体直径较小一端的端面直径为42mm，第二圆台腔体的高度为19.2mm。

作为优选，所述脊板的一端设有连接部件，连接部件固定在第二圆台腔体中。

作为优选，所述三阶贝塞尔函数曲线方程为：

P(t)＝A·(1-t)³+B·3(1-t)²t+C·3(1-t)t²+D·t³,0<t<1；

式中，A、B、C、D、四点为脊曲线上的四个控制点，控制点A和控制点D分别为脊曲线的两个端点；t为独立参数。

作为优选，所述脊曲线两端之间的垂直高度为117.6mm，脊曲线两端之间的水平宽度为21.8mm。

作为优选，所述圆环槽与横向波纹部件同心设置，所述横向波纹部件的外径为123.8mm，横向波纹部件的内径为89.8mm，横向波纹部件的高度为18.5mm，圆环槽的外径为120.4mm，圆环槽的内径为99.2mm，圆环槽的高度为16.8mm。

作为优选，所述的波纹圆锥喇叭天线在2.5GHz-18GHz频段内电压驻波比小于2，工作频带内增益大于5.7dBi，交叉极化辨识度大于40dB。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型使用反向四脊脊板加载技术，利用脊曲线为三阶贝塞尔函数曲线方程的脊板改善天线的匹配特性，并结合差分馈电实现了宽频带工作特性，且在工作频带内具有较高的端口隔离度与交叉极化辨识度。

2)本实用新型在天线上方使用了横向波纹部件改善方向图特性，在实现同等性能下减小了口面尺寸(即开口圆锥波导的开口尺寸)，提高了天线方向图的圆对称性。

附图说明

图1为本实用新型的剖视图。

图2为开口圆锥波导的剖视图。

图3为反向四脊脊板的结构示意图。

图4为横向波纹部件的剖视图。

图5是本实用新型实例的端口反射系数仿真曲线图；

图6是本实用新型x极化增益仿真曲线图；

图7是本实用新型x极化端口相对y极化端口的端口隔离度仿真曲线图；

图8是本实用新型在10GHz处的增益方向图。

图中：1、开口圆锥波导，2、脊板，3、横向波纹部件，4、馈电结构，5、第一圆台腔体，6、第二圆台腔体，7、连接部件，8、圆环槽。

具体实施方式

下面将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所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图4所示，一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线，包括开口圆锥波导、反向四脊脊板、馈电结构、横向波纹部件。

开口圆锥波导的结构如图2所示，开口圆锥波导1包括第一圆台腔体5和第二圆台腔体6，第二圆台腔体6直径较大的一端与第一圆台腔体5直径较小的一端相连，第二圆台腔体6直径较小的一端为封闭端。开口圆锥波导1的材料为铝。第一圆台腔体5直径较大一端的端面直径d₁为99.2mm，第一圆台腔体5直径较小一端的端面直径d₂为55mm，第一圆台腔体5的高度h₁为143mm。

第二圆台腔体6直径较大一端的端面直径与第一圆台腔体5直径较小一端的端面直径相同且均为55mm，第二圆台腔体6直径较小一端的端面直径d₃为42mm，第二圆台腔体的高度h₂为19.2mm。

如图3所示，反向四脊脊板包括四块脊板2，四块脊板2以圆形阵列的方式相互连接，相邻脊板2的连接处形成脊曲线。反向四脊脊板位于第一圆台腔体5内。脊板2的一端设有连接部件7，连接部件7固定在第二圆台腔体6中。

其中，脊曲线满足以下三阶贝塞尔函数曲线方程，该三阶贝塞尔函数曲线方程为：

P(t)＝A·(1-t)³+B·3(1-t)2^t+C·3(1-t)t²+D·t³，0＜t＜1；

式中，A、B、C、D、四点为脊曲线上的四个控制点，控制点A和控制点D分别为脊曲线的两个端点；t为独立参数。A、D点坐标可根据开口圆锥波导的整体长度对应地调整，B、C点为曲线的调节点，通过改变B、C点坐标可以调节脊曲线的三段弧度。

本实用新型中，脊曲线两端之间的垂直高度h₄为117.6mm，脊曲线两端之间的水平宽度X₁为21.8mm。连接部件7设置在脊板一端的“L”型弯折结构，连接部件7的高度h₅为12mm，连接部件7距反向四脊脊板中心轴线的最小距离l₁为10mm。脊板的加载可以减小开口圆锥波导的开口面的衍射和反射，有利于拓宽阻抗带宽。

如图4所示，横向波纹部件3为环形结构，横向波纹部件3上设有圆环槽8，横向波纹部件设3置在第一圆台腔体5直径较大的一端上。圆环槽8的开口方向背离开口圆锥波导。圆环槽8与横向波纹部件同心设置，横向波纹部件3的外径d₅为123.8mm，横向波纹部件的内径d4为89.8mm，高度h6为18.5mm，圆环槽的外径为120.4mm，圆环槽的内径为99.2mm，圆环槽的高度为16.8mm。横向波纹部件由于增大了低频的有效辐射口径，可以提高低频增益，且提高天线方向图的圆对称性，减小交叉极化分量。

第一圆台腔体直径较小的一端设有馈电结构4。馈电结构4为四个以空气为绝缘介质的圆柱体同轴结构，圆柱体同轴结构的内芯材质为铜，内芯的直径为0.9mm。四个同轴结构与四块脊板一一对应连接。开口圆锥波导上设有可使内芯穿过的通孔，通孔的孔径为2mm，内芯穿过通孔后形成输入端口为50欧姆的同轴端口。

馈电结构4与反向四脊脊板及开口圆锥波导的内壁相连并为天线进行差分馈电，差分馈电激励起的信号经由横向波纹部件上的圆环槽辐射出去。

本实用新型的波纹圆锥喇叭天线在2.5GHz-18GHz频段内电压驻波比小于2，工作频带内增益大于5.7dBi，交叉极化辨识度大于40dB。

利用仿真软件HFSS_15.0对波纹圆锥喇叭天线的端口反射系数进行仿真计算，结果如图5所示。利用仿真软件HFSS_15.0对波纹圆锥喇叭天线的端口隔离度进行仿真计算，结果如图6所示。利用仿真软件HFSS_15.0对波纹圆锥喇叭天线的增益进行仿真计算，结果如图7所示。利用商业仿真软件HFSS_15.0对波纹圆锥喇叭天线在10GHz处的方向图进行仿真计算，结果如图8所示。

以下对仿真结果进行分析：

图5中，横坐标表示天线的工作频率，纵坐标表示天线的反射系数，由图5可知，本实用新型的反射系数在工作频段2.3GHz-18.0GHz内，参考天线的反射系数小于-10dB，相对应VSWR(电压驻波比)<2。

图6中，横坐标表示天线的工作频率，纵坐标表示天线x极化工作时的增益曲线，观察2.5GHz-18GHz频段内的增益值可知，天线在工作频带内增益大于5.7dBi。

图7中，横坐标表示天线的工作频率，纵坐标表示x极化端口与y极化端口的隔离度，观察2.3GHz-18GHz频段内的隔离度可知，天线在工作频带内交叉极化辨识度大于40dB。

图8中，横坐标表示俯仰角θ，纵坐标表示天线在10GHz处的增益方向图数值，观察方向图曲线可知，天线在10GHz处的方向图指向准确，波束光滑对称。

本实用新型具有以下优点：

1)本实用新型使用反向四脊脊板加载技术，利用脊曲线为三阶贝塞尔函数曲线方程的脊板改善天线的匹配特性，并结合差分馈电实现了宽频带工作特性，且在工作频带内具有较高的端口隔离度与交叉极化辨识度。

2)本实用新型在天线上方使用了横向波纹部件改善方向图特性，在实现同等性能下减小了口面尺寸(即开口圆锥波导的开口尺寸)，提高了天线方向图的圆对称性。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线，其特征在于，包括开口圆锥波导、反向四脊脊板、馈电结构、横向波纹部件，所述开口圆锥波导包括第一圆台腔体，第一圆台腔体直径较小的一端设有馈电结构；反向四脊脊板包括四块脊板，相邻脊板的连接处形成脊曲线，脊曲线满足三阶贝塞尔函数曲线方程；反向四脊脊板位于第一圆台腔体内；横向波纹部件为环形结构，横向波纹部件上设有圆环槽，横向波纹部件设置在第一圆台腔体直径较大的一端上；

馈电结构与反向四脊脊板及开口圆锥波导的内壁相连并为天线进行差分馈电，差分馈电激励起的信号经由横向波纹部件上的圆环槽辐射出去。

2.根据权利要求1所述的一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线，其特征在于，所述开口圆锥波导还包括第二圆台腔体，第二圆台腔体直径较大的一端与第一圆台腔体直径较小的一端相连，第二圆台腔体直径较小的一端为封闭端。

3.根据权利要求2所述的一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线，其特征在于，所述的开口圆锥波导的材料为铝，第一圆台腔体直径较大一端的端面直径为99.2mm，第一圆台腔体直径较小一端的端面直径为55mm，第一圆台腔体的高度为143mm；

第二圆台腔体直径较大一端的端面直径与第一圆台腔体直径较小一端的端面直径相同，第二圆台腔体直径较小一端的端面直径为42mm，第二圆台腔体的高度为19.2mm。

4.根据权利要求2所述的一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线，其特征在于，所述脊板的一端设有连接部件，连接部件固定在第二圆台腔体中。

5.根据权利要求1所述的一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线，其特征在于，所述三阶贝塞尔函数曲线方程为：

P(t)＝A·(1-t)³+B·3(1-t)²t+C·3(1-t)t²+D·t³，0＜t＜1；式中，A、B、C、D、四点为脊曲线上的四个控制点，控制点A和控制点D分别为脊曲线的两个端点；t为独立参数。

6.根据权利要求5所述的一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线，其特征在于，所述脊曲线两端之间的垂直高度为117.6mm，脊曲线两端之间的水平宽度为21.8mm。

7.根据权利要求1所述的一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线，其特征在于，所述圆环槽与横向波纹部件同心设置，所述横向波纹部件的外径为123.8mm，横向波纹部件的内径为89.8mm，横向波纹部件的高度为18.5mm，圆环槽的外径为120.4mm，圆环槽的内径为99.2mm，圆环槽的高度为16.8mm。

8.根据权利要求1所述的一种加载四脊的波纹圆锥喇叭天线，其特征在于，所述的波纹圆锥喇叭天线在2.5GHz-18GHz频段内电压驻波比小于2，工作频带内增益大于5.7dBi，交叉极化辨识度大于40dB。