一種基于c波段的圓極化喇叭天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種喇叭天線，具體涉及一種基于C波段的圓極化喇叭天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 喇叭天線早已為人們所知，其結(jié)構(gòu)形式、尺寸大小以及用途各異。例如在微波遙測 或遙控系統(tǒng)中，可以用圓極化喇叭天線對運動姿態(tài)不斷改變的目標(biāo)進行跟蹤探測。圓極化 喇叭天線一般由饋電裝置、圓極化器和喇叭形的天線口徑組成。饋電裝置的同軸線內(nèi)導(dǎo)體 延伸到其波導(dǎo)腔體內(nèi)以便形成一個振子，用以激發(fā)電磁波，該電磁波沿波導(dǎo)經(jīng)圓極化器形 成圓極化電磁波，最終經(jīng)天線口徑輻射到自由空間中。
[0003] 因為圓極化喇叭天線的輻射性能與喇叭天線口徑大小及形狀有著直接的關(guān)系，所 以要使天線獲得高增益必然會造成喇叭天線的體積增大。然而，體積較大的圓極化喇叭天 線又不符合通信系統(tǒng)緊湊化及輕量化的發(fā)展需求，因此在設(shè)計時要考慮圓極化喇叭天線如 何在有限的縱向長度和口徑面積前提下，使天線獲得更高的增益、更好的圓極化特性是目 前所需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于C波段的圓極化喇叭天線，其能 夠在有限的縱向長度和口徑面積前提下，使天線獲得更高的增益和更好的圓極化特性。
[0005] 為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] -種基于C波段的圓極化喇叭天線，由波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器、圓極化器、天線口徑和手 性超材料覆層組成。其中所述天線口徑為一上下貫通的角錐形喇叭體。所述波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換 器包括同軸線接頭和矩形波導(dǎo)。矩形波導(dǎo)為一密閉的矩形腔體。矩形波導(dǎo)的上表面完全開 口。矩形波導(dǎo)的下表面形成轉(zhuǎn)化波導(dǎo)短路端。同軸線接頭安裝在矩形波導(dǎo)的左側(cè)壁上。所 述圓極化器包括金屬隔板和方形波導(dǎo)。方形波導(dǎo)為一密閉的方形腔體。方形波導(dǎo)的上表面 完全開口，該開口與天線口徑的下開口相連通。方形波導(dǎo)的下表面的右半部分開口，該開口 與波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的矩形波導(dǎo)的開口相連通。方形波導(dǎo)的下表面的左半部分形成極化波導(dǎo) 短路端。金屬隔板呈正向階梯形。金屬隔板垂直設(shè)置在方形波導(dǎo)的正中間，并將方形波導(dǎo) 的內(nèi)腔分隔為左右2個矩形的腔體。所述手性超材料覆層位于天線口徑的正上方，并與天 線口徑之間存在一定間隙。該手性超材料覆層包括介質(zhì)基板和印制在介質(zhì)基板上的至少一 組互扭Z字形的頻率選擇表面單元組。每組互扭Z字形的頻率選擇表面單元組由對稱印制 在介質(zhì)基板上表面的上層頻率選擇單元和印制在介質(zhì)基板下表面的下層互扭Z字形的頻 率選擇表面單元組成。上層頻率選擇單元和下層頻率選擇單元各由3個完全相同的Z字形 的金屬條組合而成，這3個Z字形的金屬條的中部連接在一起形成一個共同的中心，且3個 Z字形的金屬條關(guān)于這個共同的中心形成中心對稱分布。上層頻率選擇單元和下層頻率選 擇單元同的結(jié)構(gòu)和尺寸完全一致。上層頻率選擇單元和下層頻率選擇單元的中心正對，但 金屬條的旋向相反。
[0007] 上述方案中，所述冋軸線接頭為SMA接頭。
[0008] 上述方案中，所述波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器還包括有可調(diào)配螺釘。該可調(diào)配螺釘安裝在矩 形波導(dǎo)的右側(cè)壁上，并置于矩形波導(dǎo)腔體內(nèi)正中間軸線上?？烧{(diào)配螺釘旋入矩形波導(dǎo)腔體 內(nèi)。
[0009] 上述方案中，所述金屬隔板與方形波導(dǎo)的左側(cè)壁和右側(cè)壁的距離相等，此時方形 波導(dǎo)的內(nèi)腔分隔為左右2個大小相同的矩形的腔體。
[0010] 上述方案中，所述金屬隔板位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的左側(cè)壁的正上方，且兩者處于 同一垂直平面上，此時矩形波導(dǎo)的腔體的橫截面積與方形波導(dǎo)的右部腔體的橫截面積相 同。
[0011] 上述方案中，所述金屬隔板的階梯為5級。
[0012] 上述方案中，所述矩形波導(dǎo)和方形波導(dǎo)通過一體加工形成整體的梯形體結(jié)構(gòu)。
[0013] 上述方案中，所述手性超材料覆層上印制的互扭Z字形的頻率選擇表面單元組為 多個，且這些互扭Z字形的頻率選擇表面單元組在介質(zhì)基板上呈矩陣排列。
[0014] 上述方案中，所述上層頻率選擇單元和下層頻率選擇單元在圓周方向上錯開一定 角度。
[0015] 上述方案中，矩形波導(dǎo)、方形波導(dǎo)、金屬隔板和天線口徑均為鋁制。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下特征：
[0017] 1、通過波導(dǎo)終端短路的方式進行單饋電。這種饋電方式相較于傳統(tǒng)復(fù)雜的雙饋電 方式而言，其性能更穩(wěn)定，且可以避免不能保證激勵源為等幅的缺陷以致影響極化性能的 情況。這種饋電方式相較于加反射背腔的單饋方式而言，其結(jié)構(gòu)更簡單，體積進一步縮小， 節(jié)省了裝備空間，并更易于安裝。
[0018] 2、采用可調(diào)配螺釘調(diào)節(jié)同軸饋電與波導(dǎo)之間的阻抗匹配，調(diào)節(jié)駐波時主要調(diào)節(jié)螺 釘旋入腔體內(nèi)的深淺和位置，進而實現(xiàn)良好的阻抗特性，并拓展帶寬，且更易于操控。
[0019] 3、實現(xiàn)了饋電部分的小型化，滿足了通信裝置小型化、輕量化的發(fā)展需求，應(yīng)用前 景廣闊。
[0020] 4、極化器采用的是階梯狀金屬隔板，其機械加工簡單、調(diào)試難度小。
[0021] 5、縮短了天線口徑的縱向長度，且在有限的尺寸情況下能夠?qū)崿F(xiàn)較高的增益，同 時具有良好的阻抗匹配以及圓極化特性。
[0022] 6、在喇叭天線上方加載手性超材料覆層，手性超材料覆層可對圓極化波產(chǎn)生近零 折射特性，使得天線在工作頻段內(nèi)獲得高增益、低軸比特性。
[0023] 7、手性超材料覆層采用的是互扭Z字形頻率選擇表面，成本低、機械加工簡單。
【附圖說明】
[0024] 圖1為一種基于C波段的圓極化喇叭天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖2為圖1的前視圖。
[0026] 圖3為圖1的側(cè)視圖。
[0027] 圖4為手性超材料覆層的一個單元結(jié)構(gòu)立體放大示意圖。
[0028] 圖5為本實用新型新型圓極化喇叭天線的回波損耗曲線圖。
[0029] 圖6為本實用新型新型圓極化喇叭天線的軸比曲線圖。
[0030] 圖7為本實用新型新型圓極化喇叭天線的輻射方向圖。
[0031] 圖中標(biāo)號：1、波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器；1-1、同軸線接頭；1-2、矩形波導(dǎo)；1-3、可調(diào)配螺 釘；2、圓極化器；2-1、金屬隔板；2-2、方形波導(dǎo)；3、天線口徑；4、手性超材料覆層；4-1、介 質(zhì)基板；4-2、頻率選擇表面單元組。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細說明。
[0033] -種基于C波段的圓極化喇叭天線，如圖1-3所示，其主要由波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器1、圓 極化器2、天線口徑3和手性超材料覆層4組成。波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器1過渡到圓極化器2,圓 極化器2過渡到天線口徑3,天線口徑3面加載手性超材料覆層4。
[0034] 所述天線口徑3為一上下貫通的角錐形喇叭體。
[0035] 所述波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器1包括同軸線接頭1-1、矩形波導(dǎo)1-2和可調(diào)配螺釘1-3。矩 形波導(dǎo)1-2為一密閉的矩形腔體。矩形波導(dǎo)1-2的上表面完全開口。矩形波導(dǎo)1-2的下表 面形成轉(zhuǎn)化波導(dǎo)短路端。同軸線接頭1-1安裝在矩形波導(dǎo)1-2的左側(cè)壁上，且距離左側(cè)壁的 轉(zhuǎn)化波導(dǎo)短路端約1/4波長的位置。在本實施例中，所述同軸線接頭1-1為SMA接頭。可 調(diào)配螺釘1-3安裝在矩形波導(dǎo)1-2的右側(cè)壁上，并置于矩形波導(dǎo)1-2腔體內(nèi)正中間軸線上， 即在前后方向上，可調(diào)配螺釘1-3距離矩形波導(dǎo)1-2的前側(cè)壁和后側(cè)壁的距離相等?？烧{(diào) 配螺釘1-3垂直于矩形波導(dǎo)1-2的右側(cè)壁，并旋入矩形波導(dǎo)1-2腔體內(nèi)?？烧{(diào)配螺釘1-3 與轉(zhuǎn)化波導(dǎo)短路端和上寬壁有一定的距離。
[0036] 所述圓極化器2包括金屬隔板2-1和方形波導(dǎo)2-2。方形波導(dǎo)2-2為一密閉的方 形腔體。方形波導(dǎo)2-2的上表面完全開口，該開口與天線口徑3的下開口的截面積相等且 相互連通。方形波導(dǎo)2-2的下表面的右半部分開口，該開口與波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器1的矩形波導(dǎo) 1- 2開口的截面積相等且相互連通。方形波導(dǎo)2-2的下開口與矩形波導(dǎo)1-2的上開口之間 可以通過法蘭盤實現(xiàn)連通，也可以通過一體加工形成整體的梯形體結(jié)構(gòu)。方形波導(dǎo)2-2的 下表面的左半部分形成極化波導(dǎo)短路端。金屬隔板2-1呈正向階梯形，即金屬隔板2-1的 由上至下前后寬度逐漸變寬。在本實施例中，所述金屬隔板2-1的階梯為5級。金屬隔板 2- 1垂直設(shè)置在方形波導(dǎo)2-2的正中間，并與方形波導(dǎo)2-2的左側(cè)壁和右側(cè)壁平行，且距離 相等。金屬隔板2-1的下部、前部、和后部分別與方形波導(dǎo)2-2的下側(cè)壁內(nèi)側(cè)、前側(cè)壁內(nèi)側(cè) 和后側(cè)壁內(nèi)側(cè)相貼，金屬隔板2-1將方形波導(dǎo)2-2的內(nèi)腔分隔為左右2個大小完全相同的 矩形的腔體。所述金屬隔板2-1位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器1的左側(cè)壁的正上方，且兩者處于同 一垂直平面上，此時矩形波導(dǎo)1-2的腔體橫截面積與方形波導(dǎo)2-2的右部腔體的橫截面積 相同。
[0037] 在本實施例中，矩形波導(dǎo)1-2、方形波導(dǎo)2-2、金屬隔板2-1和天線口徑3均為鋁 制。
[0038] 所述手性超材料覆層4位于天線口徑3的正上方，并與天線口徑3之間存在一定 間隙。在本實施例中，手性超材料覆層4的尺寸略大于喇叭口徑面，并位于距離喇叭口徑面 約半波長處。該手性超材料覆層4如圖4所示，包括介質(zhì)基板4-1