[实用新型]一种后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线

说明书

技术领域

本实用新型属于微波毫米波信号处理技术领域，涉及毫米波天线，尤其是毫米波宽带喇叭天线。

背景技术

随着毫米波技术的发展，其在航空航天，气象通讯及现代军事系统中的作用越来越重要，喇叭天线由于其功率容量大，频带宽，增益高，方向性好，在该领域得到充分的应用和发展，通常用来作为独立的天线和馈源使用。为了扩展天线的工作频段，需要对喇叭天线加脊。

目前广泛使用的毫米波双脊喇叭天线(如图1所示)，为一种直插式双脊喇叭天线，其同轴馈电探针都是垂直于波导E面插入，探针后λ/4处加短路板，形成后腔。这种结构的设计思路是把同轴线探针看成一个发射天线在波导中激励起电磁场，由于波导的一端短路，所以能量就只能朝一个方向传播。通过分析探针上的电流分布，计算出其输入阻抗，然后根据其特性阻抗进行匹配。为了能够更好的匹配，探针头部要有渐变，但是当探针形状不规则时，其表面电流分布无法准确求得，因此理论分析计算困难，造成无法进行准确有效的设计，使得制造出来的同轴馈电部分性能较差，输入驻波较大，在毫米波和宽频段的情况下尤其如此。另外由于其同轴接头与波导成90度夹角，在有些级联系统中连接不方便，还有当传输功率较大时，探针顶部容易发生击穿。

发明内容

本发的目的是提供一种后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线，该天线采用后馈式结构，其同轴线与波导处于同一轴线上，用模式变换和阻抗匹配的思想进行分析设计，能够在宽带内得到满意的特性。该天线具有宽频带、结构紧凑、性能良好的特点。

本实用新型技术方案如下：

一种后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线，如图3所示，包括同轴线激励部分1、脊波导部分2和双脊喇叭部分3。所述同轴线激励部分由同轴线11、模式变换部分12和阻抗匹配部分13顺序固定连接而成；所述模式变换部分12由一段加背脊的屏蔽平板线121和一段背脊方同轴线122连接而成；所述加背脊的屏蔽平板线121的下金属板中间沿轴线方向开有凹槽(即背脊)，一端采用金属短路板封闭；所述金属短路板上开有一个耦合孔，耦合孔的孔径与同轴线11的外导体的内径相同。所述背脊方同轴线122的下金属板中间沿轴线方向开有凹槽(即背脊)。所述阻抗匹配部分13为一段具有阶梯形渐变脊的双脊波导。所述脊波导部分2为一段标准的双脊波导。所述双脊喇叭部分3的两个脊31由脊波导部分2的两个脊向外延伸至喇叭口。

所述同轴线11的外导体固定在屏蔽平板线121的金属短路板上，且保证同轴线11的外导体与屏蔽平板线121的金属短路板上的耦合孔同心；同轴线11的内导体与加背脊的屏蔽平板线121的内导体采用相同的材料制成相同的形状，形成一个整体，并与背脊方同轴线122的内导体相连；屏蔽平板线121和背脊方同轴线122的屏蔽金属板采用相同的材料制成相同的形状，形成一个整体；屏蔽平板线121和背脊方同轴线122的背脊相同。

上述方案中，所述双脊喇叭部分3的两个脊可以是呈指数曲线渐变的脊，也可以是呈多段线性渐变的脊。为了增加加背脊的屏蔽平板线121的内导体和背脊方同轴线122的内导体相连接的牢固性，可在背脊方同轴线122的内导体上开孔，将加背脊的屏蔽平板线121的内导体插入背脊方同轴线122的内导体的开孔中，并用导电胶粘牢。所述阻抗匹配部分13的阶梯形渐变脊由契比雪夫阻抗匹配公式计算出所需要的节数和每一节的特性阻抗，进而确定每一节的尺寸。

本实用新型所提供的后馈式毫米波宽带双脊喇叭天线的工作原理如下：

电磁波经过同轴线11通过耦合孔从脊波导后部平行于脊波导传输方向馈入，首先进入模式转换部分12。从结构上看，模式转换部分又分为2个不同的结构区域，首先是一段加背脊的屏蔽平板线121，然后紧接着的部分是一段背脊方同轴线122。这两种结构都是TEM波传输线，能够更好的进行模式转换，让电磁场能量能够更加匹配地从同轴线过渡到脊波导中。同轴线中为TEM波，电场关于Ф方向对称，均匀分布在同轴线中，经过加背脊的屏蔽平板线时电场能量被集中到了内导体与上下金属板之间，而进入背脊方同轴线后，由于下方背脊空间较大，电磁场能量分散，所以电场能量被进一步集中到了内导体和上板之间。这样，主要的电场能量就能够从同轴线中逐渐过渡到脊波导部分2的两脊之间。这两个部分下方的开槽(即所加背脊)目的是降低下半部分的电容，让电场集中于上半部分，达到电磁波平稳过渡的目的，同时还能起到降低对加工精度要求的作用。