雙頻正交極化高隔離度喇叭天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，包括圓錐喇叭，在喇叭上設(shè)置有兩個(gè)相互垂直的高頻饋電端口和低頻饋電端口，在高頻饋電端口和低頻饋電端口分別設(shè)置有方波導(dǎo)進(jìn)行饋電，所述的方波導(dǎo)與所述的高頻饋電端口和低頻饋電端口進(jìn)行過渡連接，其中低頻饋電端口水平設(shè)置并與水平設(shè)置的方波導(dǎo)連接，高頻饋電端口豎直設(shè)置并與豎直設(shè)置的方波導(dǎo)連接，在所述的喇叭的水平側(cè)壁上設(shè)置有對穿小孔，小孔的位置設(shè)置在水平波導(dǎo)的中心線上，在所述的對穿小孔內(nèi)設(shè)置有金屬長銷，在所述的豎直設(shè)置的波導(dǎo)上設(shè)置有調(diào)配螺釘。本實(shí)用新型的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，結(jié)構(gòu)簡單使用方便，性能優(yōu)越，適用于毫米波氣象雷達(dá)，且結(jié)構(gòu)相對簡單，加工較容易實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】雙頻正交極化高隔離度喇叭天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于喇叭天線以及面天線潰源領(lǐng)域，特別涉及一種雙頻正交極化高隔離度喇叭天線。
【背景技術(shù)】
[0002]氣象與人民的生活息息相關(guān)。我國氣象災(zāi)害發(fā)生頻繁，對人們的生產(chǎn)、生活影響較大，人們?nèi)找嬲J(rèn)識到氣象信息資源對經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要性。氣象信息對許多社會(huì)經(jīng)濟(jì)部門的發(fā)展和人民生活都有很大貢獻(xiàn)。云在天氣系統(tǒng)發(fā)展、降水形成和大氣輻射傳輸?shù)任锢磉^程以及國民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域中都扮演著極其重要的角色。目前，云已經(jīng)成為全球氣候模型中最重要的也是最難確定的氣象要素之一。云、雨分布、特性及其演化運(yùn)動(dòng)過程的監(jiān)測對于研究全球氣候變化和進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)具有非常重要的作用。因此，對云的探測顯得特別重要。
[0003]云的研究工作復(fù)雜而又龐大，從宏觀的云量、云狀、云高、云速探測到微觀云粒子物理、化學(xué)、光學(xué)、輻射特性等的研究一直是云研究的重點(diǎn)。對于云及其輻射特性的觀測和研究一直比較缺乏。目前主要常用的氣象雷達(dá)分為晴空風(fēng)廓線雷達(dá)和新一代天氣測雨雷達(dá)。我國最常用的是新一代天氣測雨雷達(dá)。該雷達(dá)主要用于監(jiān)測和預(yù)警強(qiáng)雷暴等災(zāi)害性天氣，如果要探測云，則需要較高的傳輸功率和配置較大的天線，即便這樣，由于使用的是厘米波，存在著譬如地物遮擋、特定的探測條件等使用問題。風(fēng)廓線雷達(dá)的工作波長達(dá)到6m，它探測晴空風(fēng)場的能力以及對于降水云結(jié)構(gòu)的觀測能力都很好，但是探測云的能力相當(dāng)有限。因此，盡管這兩種雷達(dá)在某些情況下可以提供有關(guān)云的信息，但是時(shí)間分辨率和空間分辨率都很低，不足以給出詳細(xì)的云結(jié)構(gòu)，不能準(zhǔn)確反映時(shí)刻變化的云參數(shù)信息。所以它們不適合專門用來觀測和研究云的宏微觀特性。而毫米波雷達(dá)的工作波長在毫米波段，它是利用云粒子對電磁波的散射特性，通過對云的雷達(dá)回波分析了解云的各種特性，云的回波參數(shù)反映了云的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)。
[0004]在毫米波頻段，電子能量在大氣中傳播時(shí)與大氣中懸浮微粒以及含水物質(zhì)的相互作用比微波頻段的相互作用強(qiáng)的多，這些相互作用的機(jī)理主要是吸收、散射和折射。而毫米波測云雷達(dá)原理的正是基于大氣中的懸浮粒子對電磁波所產(chǎn)生的后向散射。影響毫米波傳播的主要?dú)怏w是氧分子和水蒸氣。這些氣體的諧振將在毫米波頻段產(chǎn)生選擇性吸收和散射。氧分子諧振引起的吸收峰出現(xiàn)在60GHz和120GHz附近；水蒸氣引起的吸收峰出現(xiàn)在220GHz和183GHz附近，在整個(gè)毫米波頻段有4個(gè)傳播衰減較小的大氣“窗口”，其中心頻率分別在 35GHz、94GHz、140GHz 和 220GHz 附近，可用帶寬分別在 15GHz、20GHz、25GHz、60GHz左右?？梢钥闯觯魏我粋€(gè)毫米波窗口的可用帶寬幾乎都包含了厘米波頻段的整個(gè)頻段。這些寬頻帶的利用十分有利于雷達(dá)目標(biāo)探測與識別的開發(fā)應(yīng)用。毫米波的特性決定了毫米波雷達(dá)具有波長短、頻帶寬、體積小、重量輕、機(jī)動(dòng)性能好等特點(diǎn)。在同樣天線口徑下，毫米波雷達(dá)具有以下優(yōu)點(diǎn):易于實(shí)現(xiàn)窄波束、低副瓣、高增益，在目標(biāo)識別上能提供良好的精度和分辨力；能提聞低角探測的精度，有效抑制多路徑效應(yīng)和雜波干擾；窄波束還可提聞雷達(dá)系統(tǒng)抗干擾能力。
[0005]雙頻正交極化天線作為一種接收和發(fā)射電磁波的設(shè)備，是整個(gè)毫米波雷達(dá)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部件。這種天線集合了雙頻天線和正交極化天線的優(yōu)點(diǎn)，不僅能大大提高天線的性能，而且減少了通信系統(tǒng)所需天線的數(shù)目，很大程度上能降低系統(tǒng)的成本。然而雙頻正交極化天線在研究和設(shè)計(jì)上有較大的困難與挑戰(zhàn):一方面要求天線具有雙頻特性，且每個(gè)頻帶又要求一定的帶寬。另一方面對天線的每個(gè)頻段還提出了極化的要求，要么是不同的頻段工作于不同的極化特性，要么每個(gè)頻段都要具有正交極化的特性，而且要求具有較高的隔離度。目前都采用微帶耦合饋電、多層貼片結(jié)構(gòu)和正交模耦合器實(shí)現(xiàn)雙頻正交極化。
[0006]但是，對于微帶天線，本身存在端口隔離度差，增益較低，不適用于大型反射面天線的饋源；而正交模耦合器往往內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其對于毫米波波段，器件尺寸小，器件難以加工，成本較高，且復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)易導(dǎo)致后期使用與測試過程中存在較多的不穩(wěn)定因素，影響器件的整體性能。因此有必要設(shè)計(jì)一種用于毫米波波段、高增益、較易加工的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種雙頻正交極化高隔離度喇叭天線。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明采用的方法是:一種雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，包括圓錐喇叭，在喇叭上設(shè)置有兩個(gè)相互垂直的高頻饋電端口和低頻饋電端口，在所述的高頻饋電端口和低頻饋電端口分別設(shè)置有方波導(dǎo)進(jìn)行饋電，所述的方波導(dǎo)與所述的高頻饋電端口和低頻饋電端口進(jìn)行過渡連接，其中低頻饋電端口水平設(shè)置并與水平設(shè)置的方波導(dǎo)連接，高頻饋電端口豎直設(shè)置并與豎直設(shè)置的方波導(dǎo)連接，在所述的喇叭的水平側(cè)壁上設(shè)置有對穿小孔，小孔的位置設(shè)置在水平波導(dǎo)的中心線上，在所述的對穿小孔內(nèi)設(shè)置有金屬長銷，在所述的豎直設(shè)置的波導(dǎo)上設(shè)置有調(diào)配螺釘。
[0009]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線還包括一個(gè)外部殼體，在外部殼體上設(shè)置有一個(gè)與水平波導(dǎo)連接的法蘭以及一個(gè)與豎直波導(dǎo)連接的法蘭。
[0010]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的調(diào)配螺釘一端與豎直設(shè)置的波導(dǎo)相連接，另一端伸出所述的外部殼體，并可通過伸出外部殼體的部分調(diào)節(jié)。
[0011]有益效果:
[0012]本發(fā)明的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，結(jié)構(gòu)簡單使用方便，性能優(yōu)越，端口隔離度高頻高于40dB，低頻高于IOOdB,增益低頻大于10dB，高頻大于20dB，電壓駐波比優(yōu)于
1.2，適用于毫米波氣象雷達(dá)，且結(jié)構(gòu)相對簡單，加工較容易實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是雙頻正交極化高隔離度喇叭天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是雙頻正交極化高隔離度喇叭天線外部裝配圖；
[0015]圖3是可通過外部調(diào)節(jié)的調(diào)配螺釘結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是喇叭天線裝配圖沿與水平波導(dǎo)寬邊平行的中心線剖分的A部分剖面圖；
[0017]圖5是該喇叭天線裝配圖沿與水平波導(dǎo)寬邊平行的中心線剖分的B部分剖面圖；
[0018]圖6是該雙頻正交極化高隔離度喇叭天線的仿真S參數(shù)曲線在Ka波段的參數(shù)圖；[0019]圖7是該雙頻正交極化高隔離度喇叭天線的仿真S參數(shù)曲線在W波段的參數(shù)圖；
[0020]圖8是該雙頻正交極化高隔離度喇叭天線的電壓駐波比在Ka波段曲線圖；
[0021]圖9是該雙頻正交極化高隔離度喇叭天線的電壓駐波比在W波段曲線圖；
[0022]圖10是該雙頻正交極化高隔離度喇叭天線35GHz的增益方向圖；
[0023]圖11是該雙頻正交極化高隔離度喇叭天線94GHz的增益方向圖；
[0024]圖12是圓錐喇叭接正交矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述【具體實(shí)施方式】僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。
[0026]如圖1所述的一種雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，包括圓錐喇叭5，在喇叭上設(shè)置有兩個(gè)相互垂直的高頻饋電端口和低頻饋電端口，在所述的高頻饋電端口和低頻饋電端口分別設(shè)置有方波導(dǎo)進(jìn) 行饋電，所述的方波導(dǎo)與所述的高頻饋電端口和低頻饋電端口進(jìn)行過渡連接，其中低頻饋電端口水平設(shè)置并與水平方波導(dǎo)2連接，高頻饋電端口豎直設(shè)置并與豎直方波導(dǎo)I連接。
[0027]在所述的喇叭的水平側(cè)壁上設(shè)置有對穿小孔，小孔的位置設(shè)置在水平波導(dǎo)I的中心線上，在所述的對穿小孔內(nèi)設(shè)置有金屬長銷3，在所述的豎直方波導(dǎo)I上設(shè)置有調(diào)配螺釘4。
[0028]所述的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線還包括一個(gè)外部殼體如圖2所示，在外部殼體上設(shè)置有一個(gè)與水平波導(dǎo)2連接的法蘭6以及一個(gè)與豎直波導(dǎo)I連接的法蘭7。
[0029]進(jìn)一步地，所述的調(diào)配螺釘4 一端與豎直波導(dǎo)I相連接，另一端伸出所述的外部殼體，并可通過伸出外部殼體的部分調(diào)節(jié)，調(diào)配螺釘4的結(jié)構(gòu)示意圖如3所示。
[0030]下面結(jié)合具體的數(shù)值對本發(fā)明作進(jìn)一步地說明，本發(fā)明的實(shí)施例以毫米波氣象雷達(dá)資料最常用的兩個(gè)窗口頻段，35GHz (8.6mm)和94GHz (3.2mm)進(jìn)行說明。
[0031]本實(shí)施例中水平方波導(dǎo)2采用WR-28波導(dǎo)，其寬邊長度為7.112mm，窄邊長度為
3.556mm ;豎直波導(dǎo)I采用WR-10波導(dǎo)，寬邊長度為2.54mm,窄邊長度為1.27mm。
[0032]圖12是該饋源圓錐喇叭接正交矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖。其主要參數(shù)有口面直徑D、喇叭錐高L。圓錐喇叭的口徑D根據(jù)式
[0033]O =.88 ' 44(I)
碼.1 ^Ol
[0034]為-1OdB波瓣寬度。為了確保低頻35GHz獲得足夠增益，計(jì)算時(shí)理應(yīng)取，=Smm ；
但是，對于高頻94GHz，喇叭口徑越大，必然導(dǎo)致方向圖波瓣寬度越窄，從而加載拋物面后，邊緣照射電平較低，口徑場分布不均勻，導(dǎo)致反射面口徑利用因數(shù)較低，影響拋物面天線在高頻上的增益效果。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，無論使用何種拋物面結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)饋源時(shí)，必須權(quán)衡好高頻與低頻的性能，選擇合適的喇叭口徑D，同時(shí)可以較好的抑制高次模的產(chǎn)生。
[0035]在確定口徑D后，根據(jù)式:
【權(quán)利要求】
1.一種雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，其特征在于:包括圓錐喇叭，在喇叭上設(shè)置有兩個(gè)相互垂直的高頻饋電端口和低頻饋電端口，在所述的高頻饋電端口和低頻饋電端口分別設(shè)置有方波導(dǎo)進(jìn)行饋電，所述的方波導(dǎo)與所述的高頻饋電端口和低頻饋電端口進(jìn)行過渡連接，其中低頻饋電端口水平設(shè)置并與水平方波導(dǎo)連接，高頻饋電端口豎直設(shè)置并與豎直方波導(dǎo)連接，在所述的喇叭的水平側(cè)壁上設(shè)置有對穿小孔，小孔的位置設(shè)置在水平波導(dǎo)的中心線上，在所述的對穿小孔內(nèi)設(shè)置有金屬長銷，在所述的豎直設(shè)置的波導(dǎo)上設(shè)置有調(diào)配螺釘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，其特征在于:所述的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線還包括一個(gè)外部殼體，在外部殼體上設(shè)置有一個(gè)與水平波導(dǎo)連接的法蘭以及一個(gè)與豎直波導(dǎo)連接的法蘭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙頻正交極化高隔離度喇叭天線，其特征在于:所述的調(diào)配螺釘一端與豎直設(shè)置的波導(dǎo)相連接，另一端伸出所述的外部殼體，并可通過伸出外部殼體的部分調(diào)節(jié)。
【文檔編號】H01Q13/02GK203733943SQ201420081936
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】葛俊祥, 夏寒, 周勇, 于兵 申請人:南京信息工程大學(xué)