[发明专利]一种基于线性锥削脊宽的双脊喇叭天线

说明书

本申请公开了一种基于线性锥削脊宽的双脊喇叭天线，包括喇叭外壳、波导段、上脊、下脊以及同轴馈线，所述喇叭外壳的底端与波导段连接，所述上脊和下脊分别固定在喇叭外壳两个相对侧壁的内壁上，上脊和下脊结构相同，其脊线包括直线段和曲线段，曲线段采用三次贝济埃曲线，该曲线末端点控制点的坐标值大于末端端点的坐标值，所述同轴馈线穿过波导段的顶端，其内外导体分别与上脊和下脊相连接，所述波导段为立方体结构，内部设置有一体成型制作而成的楔形结构腔体；所述上脊和下脊的宽度沿脊的长度方向由EF渐变至EH。本申请通过对天线形式和结构进行独特的设计，解决了天线频率带宽和方向图带宽问题，天线增益也大大提升，并且结构也相对简单。

技术领域

本申请涉及通信天线技术领域，尤其涉及超宽带天线技术领域，更具体的说涉及一种基于线性锥削脊宽的双脊喇叭天线。

背景技术

超宽带天线技术，是当今国内外天线研究的一个热点。军事领域应用当中，主要在雷达监测、反隐身技术以及电子对抗，而民用领域应用当中，主要在宽带通信、扩频通信、探地雷达、场的监测以及电磁兼容。超宽带天线一般指最高频率与最低频率的比值达到10:1以上的天线。在实际应用中，为了正常的工作于超宽带系统中，不仅需要保证天线的阻抗带宽达到足够的宽度，还需要兼顾诸如增益、效率、辐射方向图等其他的性能指标。因此，如何保证天线的多个性能指标在较宽的频率范围内均满足一定的标准，成为超宽带天线设计中的一大关键点。

目前，常见的超宽带天线，按照其形状大致可以分为双锥和盘锥天线、领结型天线等小单元天线；螺旋天线、对数周期天线等频率无关天线；以及加脊喇叭天线、vivaldi天线等喇叭天线的变形演进等。作为超宽带天线的一种典型形式，加脊喇叭天线由于具有宽频带、体积小、定向性好以及副瓣低等优点，常被用作电磁兼容测试和其他电磁测试系统中的标准天线、反射面天线的馈源以及宽带阵元等。

传统的喇叭天线工作带宽相对较窄，面对实际应用中越来越宽的工作频带要求显得捉襟见肘，采取加脊的方式是被研究较为深入、取得效果最好的方法之一。加脊喇叭天线是建立在脊波导理论基础之上逐渐发展起来的一种天线结构形式，采用加脊的方式之后，波导中主模的截止频率被降低，而从波导的工作带宽得以扩展，而且加脊之后波导的特性阻抗会明显降低。伴随着脊波导理论的建立以及逐步完善，通过对脊线的形式加以改进优化，在指数型曲线基础上修正加入一个线性型，例如John L.Kree(Kee J.Short axiallength broad-band horns[J].IEEE Transactions on AntennasPropagation,1973,21(5):710-714)设计出应用于电磁干扰测量的加脊喇叭天线，该天线在整个1-12GHz工作频段内电压驻波比(VSWR)均处于2以下。又例如Daniel(Oloumi D.A Modified TEM HornAntenna Customized for oil well monitoring Applications)将脊曲线的形式修改为三段形式不同的连续曲线，并改变喇叭天线口径出匹配结构的形式，设计了一款用于油井监测背景下工作在1.4-11GHzTEM喇叭天线，天线的优势在于避免了高频裂瓣现象的产生，但是其结构相对复杂，工作频段也相对有限。

目前，对于大量实际应用，如电磁兼容测试，要求天线能够覆盖1-18GHz的频段，传统结构形式加脊喇叭天线，在工作频率达到12GHz以上，方向图主瓣开始分裂且伴随着增益快速衰落等问题。例如公开号为CN105720373A，公开日为2016年06月29日，发明名称为“宽带双脊喇叭天线”的发明专利，上述现有技术仍然存在如下问题：(1)波导段添加楔形结构，增加天线的阻抗带宽的同时，由于添加的楔形结构设计上未考虑天线的功率容量问题，其楔形结构突出较多，容易引起大功率击穿问题；(2)喇叭段加载双脊降低了截止频率，从而提升了天线带宽，但是未考虑提升天线增益，往往实际应用场景对天线带宽和增益均有要求。

发明内容