[发明专利]八毫米波介质加载矩圆过渡喇叭天线

说明书

发明领域

本发明涉及一种喇叭天线，尤其涉及八毫米波介质加载矩圆过渡喇叭天线。 

技术背景

毫米波成像分为主动成像和被动成像两种。主动成像就是我们常说的毫米波雷达成像，而被动成像是指依靠毫米波的大气传播窗口，接收(地面或空中)物体及背景的热辐射能量来探测物体的特性并产生高分辨率图像，这种图像能够产生反映出景物各部分温差和辐射能力的差异，以用来观察和分析景物的特性。 

相对于主动成像，被动成像具有三个方面的的优点：其一，被动式图像是通过检测物体辐射的能量得到的，在毫米波段与可见光段的原理是一样的，因而被动毫米波图像与可见光图像很相近，有利于物体辨认，而主动系统如雷达，其成像要受闪烁效应等影响难以直接显现物体的自然形状；其二，被动式成像不发射电磁波，因而没有电磁污染，比主动式更适于隐匿工作。此外，理论分析还表明，各种涂层隐身材料对雷达的隐身性能越好，就越容易被被动探测系统发现；其三，就探测金属目标而言，金属目标的发射率很低，它仅仅是反射天空的辐射，而天空温度在一定时空范围内基本不变，因而金属目标的毫米波特征很稳定，昼夜变化及车辆行止等对被动毫米波系统的成像品质影响都不大。 

上世纪八十年代以来，随着毫米波集成电路(MMIC)的日趋成熟、高速VISI器件以及信号处理新方法的不断涌现，被动毫米波成像技术正令人瞩目地由过去的机械扫描成像朝高性能的多波束成像方向发展。 

毫米波多波束成像技术目前主要有三种实现途径：单孔二维机械扫描成像、合成孔径成像和焦平面阵列成像。其中，焦平面成像体制已成为被动毫米波成像的主要体制。 

8mm焦平面成像系统当天线主反射面的口径给定之后，其天线的波束宽度也就确定了。相邻天线波束中心方向之间的夹角也就是天线的3dB波束宽度。对于大焦径比天线来说，初级馈源中相邻两个阵列天线对于主反射中心的夹角近似等于天线的3dB波束宽度。 

以口径500mm、焦距1m的主反射面天线来说，其天线的3dB波束宽度大约为1.2°，对应的初级馈源中相邻两个阵列天线的间距为21mm。 

根据天线设计原则，初级馈源的10dB波束宽度应对应主反射面的边缘，为此如果采用矩圆过度圆锥喇叭天线作为初级馈源，则要求初级馈源天线口径不小于25mm。 

显然，相邻中心距离21mm内是无法放置口径25mm的两个天线的，所以，常用的矩圆过度圆锥喇叭天线是不能满足8mm焦平面成像系统的设计要求的，必须设计一种天线，此天线在较小口径下能够获得高增益(即窄的波束宽度、低副瓣和低输入驻波比)。 

传统的介质棒加载喇叭天线采用圆波导作为激励，由圆锥喇叭及介质棒两部分组成，但当接收机是以矩形波导输出到天线时，天线的激励就需要进行矩圆过渡的波形变换。圆波导激励的介质加载喇叭天线的研究比较成熟，介质加载矩圆过渡喇叭天线的研究在国内鲜见报道。 

这种天线的设计并不是矩圆过渡加介质加载圆锥喇叭天线的简单级联，而是需要通过分析介质棒参数对驻波比和方向图的影响因素来进行优化，本发明给出了设计方法，并通过测试结果验证优化方法的正确性。 

发明内容

本发明涉及一种八毫米波介质加载矩圆过渡喇叭天线，其特征在于该天线由矩形波导、矩圆过渡喇叭及介质棒三部分组成，所述矩圆过渡喇叭中的矩圆过渡段为平滑过渡，所述介质棒由渐变圆锥段和均匀圆柱段两部分组成，所述介质棒与所述矩圆过渡喇叭共轴，所述圆柱段伸入矩圆过渡喇叭口面内部的位置采用数值分析方法确定。 

本发明中矩形波导的尺寸取为7.2毫米×3.4毫米。 

本发明中采用高频电磁场仿真软件HFSS的有限元法对所述天线的各参数进行优化设计，其中所述矩圆过渡段总高H为25.2毫米，所述渐变圆锥段长度L1为8毫米，所述圆柱段伸入矩圆过渡喇叭天线口面内部的长度L0为64.9毫米，所述矩圆过渡喇叭与所述矩形波导相连的一端为标准波导，矩形波导的另一端变换到圆波导，所述圆波导直径Φ0为9.5毫米。 

本发明中介质棒材料为聚四氟乙烯，且相对介电常数εr为2，且介质棒的直径Φ1为4毫米。 

本发明中工作频率为33～37GHz，驻波比小于1.25，主瓣宽度压缩比大于等于2。 

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

图1为介质加载矩圆过渡喇叭天线结构示意图； 

图2为实施例中天线输入驻波比曲线； 

图3为实施例中未加载介质前的天线辐射方向图； 

图4为实施例中介质加载矩圆过渡喇叭天线辐射方向图。