一種高增益低旁瓣e面扇形喇叭天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波通信天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線。
【背景技術(shù)】
[0002]微波由于其頻譜寬、傳播特性好、波長適中等優(yōu)點，是整個無線電波段中最常用的波譜資源，已成為雷達(dá)成像、衛(wèi)星通信/導(dǎo)航、蜂窩移動通信、無線中繼通信、短距高速通信等無線電業(yè)務(wù)的優(yōu)選頻段。可以說，目前絕大部分無線業(yè)務(wù)都是集中在lGHz-30GHz的微波頻段，而微波天線則是微波通信成功應(yīng)用的關(guān)鍵和瓶頸。微波天線種類繁多，其中相當(dāng)一部分是應(yīng)用于高功率場景。常見大功率微波天線的一般由波導(dǎo)演變而來。一般地，波導(dǎo)類器件具有高功率容量、低損耗的突出優(yōu)點。盡管它體積大而笨重，目前仍是大功率微波應(yīng)用場合的首選器件。因此，在最原始的矩/圓波導(dǎo)基礎(chǔ)上，人們開發(fā)出一系列功能不同、性能優(yōu)異的波導(dǎo)類器件，如脊波導(dǎo)(Ridged Waveguide)、魔T頭(Magic-T)、間隙波導(dǎo)(GapWaveguide)、波紋喇機(jī)天線(Corrugated Horn)、波導(dǎo)縫隙天線等。其中，喇機(jī)天線是由波導(dǎo)演變的天線類型中最典型的例子。矩形波導(dǎo)寬邊(電壁)張開就是E-面扇形喇叭，窄邊(磁壁)張開是H-面扇形喇叭，兩邊同時張開便是角錐喇叭；圓波導(dǎo)口徑均勻張開成圓錐喇叭。E/Η面扇形喇叭天線的工作原理與窄矩形縫隙天線相同，即順著縫隙的平面波束較窄，垂直于縫隙的平面波束則較寬，這種方向圖適合于移動通信的用戶覆蓋場合，如用戶分布在基站周圍某個方向較寬角域范圍的情形。而當(dāng)寬邊和窄邊同時張開時，兩個主平面波束寬度則十分接近，如角錐喇叭、圓錐喇叭，這種方向圖則適合用作大焦徑比旋轉(zhuǎn)拋物面的饋源。另外，由于饋電的矩形波導(dǎo)主模TE1。模式隔離度很高，喇叭天線的交叉極化鑒別率(XPD)很高，故天線測量用的標(biāo)準(zhǔn)增益天線常選用角錐喇叭。雖然，扇形喇叭天線具有寬波束和高增益的特點，但方向圖旁瓣、后瓣很大。因此，用于密集部署的基站時，會對鄰近基站造成顯著干擾，這極大地限制了其應(yīng)用場合。由以上論述知，E/Η面扇形喇叭天線性能的提升，對于高功率寬角域移動通信覆蓋應(yīng)用仍有很大的現(xiàn)實意義。
[0003]本發(fā)明旨在為微波移動通信基站提供一種高功率容量、高增益、低旁瓣、寬波束、高效率、高交叉極化比(XPD)的E面扇形喇叭天線，從而對寬角度范圍內(nèi)的多個用戶同時進(jìn)行覆蓋，并且不對鄰近基站形成干擾。常規(guī)E面喇叭天線豎直放置時，滿足基站天線水平波束寬(H面)、垂直波束窄(E面)的特點，但是旁瓣和后瓣電平很高，難以滿足上述應(yīng)用的特殊要求。為了克服這一缺點，本發(fā)明借鑒了類似波紋喇叭的設(shè)計思路，在喇叭張角段內(nèi)壁的E面兩側(cè)加載周期性扼流槽，產(chǎn)生類似后者的混合HEll模式，從而顯著降低了旁瓣和后瓣。同時，喇叭張開段采用混合張角，在減小喇叭長度的同時(L?24* λ)，可獲得良好的寬帶阻抗匹配(VSffR ^ 1.2) ο
[0004]另外，該方法還具有思路新穎、原理清晰、方法普適、結(jié)構(gòu)簡單、加工容易等特點。值得一提的是，該方法對于H面扇形喇叭天線的方向圖優(yōu)化設(shè)計也有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供的一種高增益、寬波束、低旁瓣、高前后向比(FTBR)、高交叉極化比(XPD)、高效率、高功率容量的E面扇形喇叭天線，從而對分布于較寬角域范圍內(nèi)的多個移動用戶同時進(jìn)行覆蓋，并且不對附近距離較鄰近的其他基站形成電磁干擾。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案來實現(xiàn)上述目的:一種高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線，其特征在于，它包括由多段不同張角連接段構(gòu)成的E面扇形喇叭主體，E面扇形喇叭主體包括依次連接的矩形波導(dǎo)段、張角連接段、喉部過渡段和扇形喇叭段；矩形波導(dǎo)段的一端作饋電端口，用主模TE1。模進(jìn)行饋電，另一端朝外張開形成饋電波導(dǎo)和喇叭喉部間的連接段；連接段末端先后朝內(nèi)、朝外彎折三次和兩次，形成朝后凸起的喉部過渡段；過渡段末端寬邊朝外張開形成扇形喇叭段，喇叭段的寬邊兩側(cè)內(nèi)壁放置一排垂直于內(nèi)壁、均勻間隔、相互平行的矩形齒條，并延伸至喇叭口位置。
[0007]作為上述方案的進(jìn)一步說明，所述連接段包括從饋電波導(dǎo)的一端朝外張開所形成的連接段的末端，然后其寬邊先朝外彎折三次再朝內(nèi)彎折兩次形成朝后凸起的喉部，該喉部再朝外張開便形成扇形喇叭段。
[0008]所述排成一排的平行矩形齒條自喇叭喉部順著寬邊延伸至喇叭開口位置。
[0009]一種高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線的設(shè)計方法，其特征在于，它包括如下步驟:
[0010]步驟一，建立空間直角坐標(biāo)系；
[0011]步驟二，選用一段長度為L。的BJ262或BJ260標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)，以方便與饋電部分連接；
[0012]步驟三，矩形波導(dǎo)一端作饋電端口，用主模TE1。模進(jìn)行饋電，另一端的寬邊(E面)朝外則以α角張開，張開段長度SL1，窄邊寬度不變，形成饋電波導(dǎo)和波紋喇叭間的連接段;
[0013]步驟四，步驟三張開段末端寬邊(Ε面)先朝外彎折三次，然后朝內(nèi)彎折兩次，形成朝后凸起的喉部，再以角度β張開，張開段長度SL2，窄邊寬度仍保持不變；采用不等張角的兩張開段，目的在于減小喇叭總長度L及獲得寬帶阻抗匹配，而它們間向后凸起的喉部過渡段則能進(jìn)一步改善帶內(nèi)阻抗匹配；
[0014]步驟五，在步驟四喇叭段寬邊(Ε面)兩側(cè)內(nèi)壁，放置一排垂直于內(nèi)壁、均勻間隔、相互平行的矩形齒條直至喇叭口位置，此周期結(jié)構(gòu)能有效抑制旁瓣和后瓣，從而構(gòu)成E面波紋扇形喇叭天線。其中，周期齒條的高度、間距、數(shù)量對駐波改善和旁瓣/后瓣抑制都有顯著作用。
[0015]優(yōu)選地，所述的矩形波導(dǎo)如BJ260或BJ262用作饋電波導(dǎo)段，長度則取L。?4* λ。
[0016]優(yōu)選地，所述的高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線，兩張開段的張角和長度分別取α =7°?9°、β =11°?13°，L1?9* λ、L 11.7* λ ;兩者間的后凸喉部過渡段深度D產(chǎn)1.2* λ，喇叭開口處的E面寬度W?12* λ。
[0017]優(yōu)選地，所述的高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線，喇叭段寬邊內(nèi)壁兩側(cè)(Ε面)放置兩組完全對稱的、垂直于內(nèi)壁、均勻間隔、相互平行的矩形齒條，其設(shè)計參數(shù)為:高度H產(chǎn)I* λ，寬度W產(chǎn)0.45* λ，中心距S產(chǎn)0.45* λ，數(shù)目N = 19。
[0018]優(yōu)選地，所述的一種高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線，采用電火花等工藝加工成型。
[0019]優(yōu)選地，所述的一種高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線，選用純銅、合金銅、鋁和不鎊鋼等常見金屬材料加工制造。
[0020]本發(fā)明采用上述技術(shù)解決方案所能達(dá)到的有益效果是:
[0021]本發(fā)明采用混合張角張開段和喇叭段E面加載周期性扼流槽的方法，產(chǎn)生類似波紋喇叭的混合HE11模式，從而顯著降低了旁瓣/后瓣(SLL ( -14.5dB，F(xiàn)TBR彡28dB)和交叉極化電平(XPD彡60dB);同時，喇叭天線在長度(L?24*A)和口徑寬度(W?12* λ)均較小的情況下，具有良好的寬帶阻抗匹配(25GHz-30GHz，VSWR彡1.2)、寬波束(H面HPBW=63.5。-73.0。)和高增益(G = 17dB1-18dBi)特性。
【附圖說明】
[0022]圖1為天線模型所采用的直角坐標(biāo)系定義示意圖；
[0023]圖2為高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線模型圖；
[0024]圖2 (a)為喇叭正視圖，圖2 (b)為喇叭側(cè)視圖，圖2 (c)為喇叭喉部過渡段的局部放大圖；
[0025]圖3為高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線仿真輸入阻抗Zin的頻率特性圖；
[0026]圖4為高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線仿真反射系數(shù)I S111曲線；
[0027]圖5為高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線仿真駐波比VSWR曲線；
[0028]圖6為高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線在4= 25GHz的仿真2D實增益方向圖(G=17.98dBi)；
[0029]圖7為高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線在f。= 27GHz的仿真2D實增益方向圖(G=17.24dBi)；
[0030]圖8為高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線在fH= 29GHz的仿真2D實增益方向圖(G=17.64dBi)。
[0031]附圖標(biāo)記說明:1、饋電波導(dǎo)段2、張角連接段3、喉部過渡段4、喇叭段5、周期性齒條6、喇叭口。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0033]這里，將基于標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)BJ262來構(gòu)造高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線，并給出相應(yīng)附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。需要特別說明的是，這里所描述的優(yōu)選實施例子僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制或限定本發(fā)明。
[0034]本發(fā)明的一種高增益低旁瓣E面扇形喇叭天線，其特征在于，它包括由多段不同張角波導(dǎo)段構(gòu)成的E面扇形喇叭主體，E面扇形喇叭主體包括依次連接的矩形波導(dǎo)段1、張角連接段2、喉部