[发明专利]超宽带电磁组合TEM喇叭天线及其参数确定方法

说明书

本公开提供了一种超宽带电磁组合TEM喇叭天线及其参数确定方法，其TEM喇叭天线包括：匚形方框、TEM喇叭上臂、TEM喇叭下臂、寄生枝节、介质垫片、SMA接头和凸台；电流通过所述SMA接头馈入TEM喇叭天线，TEM喇叭上臂馈电端与SMA接头内芯相连，介质垫片填充于上臂过渡段和下臂过渡段间，匚形方框、TEM喇叭上臂和寄生枝节围成封闭磁环，电流流经寄生枝节处发生分流。本公开通过上下臂椭圆渐变方式优化了TEM天线高频裂瓣，使高频增益提高；通过圆弧形寄生枝节增强低频辐射，拓展低频带宽；通过上下臂高度不对称设计调整最大辐射方向，使波束保持在x轴方向；通过过渡段代替巴伦，以介质垫片调节过渡阻抗，实现天线带宽大于20倍频程。

技术领域

本公开涉及超宽带天线设计领域，尤其涉及一种超宽带电磁组合TEM喇叭天线及其参数确定方法。

背景技术

对于超宽带天线而言，尺寸小型化与低频截止频率拓展之间存在矛盾。如何在保证天线带宽的同时实现天线小型化也一直是超宽带天线研究的焦点。

超宽带天线常用的形式有加载偶极子天线、Bow-tie天线、Vivaldi天线、喇叭天线等，其中加载偶极子天线具有足够的工作宽带，易于设计和加工，但由于加载电阻的损耗，效率较低，并具有很长的尺寸，不能应用于对便携性要求较高的阵列中。Bow-tie天线经常应用于浅层地质探测雷达，Bow-tie天线在末端引入了加载电阻可以增加工作带宽，但降低了辐射效率，同时尺寸也较大。Vivaldi天线是一种平面天线，向一个沿指数轮廓变宽的水平面缝隙馈电，其天线带宽受开口宽度和馈电过渡部分尺寸的限制，其脉冲响应在时域有拖尾，且相对于波长仍具有较大的径向长度。除此之外，Vivaldi天线对振动敏感且结构脆弱，用于便携天线阵显然不合适。喇叭天线同时具有高增益和宽频带的优点，加脊可进一步增加工作带宽，其主要缺点是尺寸大，发射信号有较大拖尾。此外喇叭天线分类中有一类TEM喇叭天线，通常通过两片沿指数渐变的金属实现口面处辐射单一极化TEM波。

现阶段的TEM喇叭天线形式多样，但低频带宽受限于天线纵向长度，其纵向长度通常为最低频率波长的二分之一；而且喇叭口面张角也决定了天线的方向图带宽与低频辐射特性。对于世界上已有的电磁组合型TEM喇叭天线，还存在一些问题：

天线驻波比小于2的阻抗带宽较窄，没有发挥出TEM喇叭天线本身的优势，通常由于馈电的不连续和TEM喇叭曲线基于传统的指数形状进行渐变，导致馈电效率不高并且高频截止频率较低；受TEM喇叭张角曲线末端张角和馈电的非对称性影响，天线最大辐射方向向一边偏移，当电尺寸增加至正常TEM喇叭时方向图偏移和裂瓣特性更为明显；此外时域分析对超宽带天线来说极为重要，发射时域信号的拖尾程度将直接影响雷达性能，而这个问题通常被忽略。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种超宽带电磁组合TEM喇叭天线及其参数确定方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种超宽带电磁组合TEM喇叭天线，包括：匚形方框，包括上框、下框和支撑框；所述上框和所述下框分别通过支撑框相连；所述支撑框上设置有凸台；SMA接头，设置于所述凸台上，电流通过所述SMA接头馈入TEM喇叭天线；TEM喇叭上臂，为圆弧状结构；所述TEM喇叭上臂口面端与所述匚形方框的上框相连；所述TEM喇叭上臂馈电端与所述SMA接头内芯相连；TEM喇叭下臂，为圆弧状结构；所述EM喇叭下臂口面端与所述匚形方框的下框相连；所述TEM喇叭下臂馈电端与所述匚形方框的支撑框相连；介质垫片，填充于所述TEM喇叭上臂馈电端和所述TEM喇叭下臂馈电端间。