一種喇叭陣列天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種喇叭陣列天線。其由輻射層、饋電網(wǎng)絡(luò)層和背腔層組成；其輻射層由輻射單元陣列而成，每個輻射單元都由角錐喇叭、波導(dǎo)阻抗變換段和波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段組成；角錐喇叭位于輻射單元的最上方，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段位于輻射單元的最下方，波導(dǎo)阻抗變換段位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段的波導(dǎo)入口與角錐喇叭的波導(dǎo)口之間；角錐喇叭為方口角錐喇叭形式，其波導(dǎo)饋入端為標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)形式；波導(dǎo)阻抗變換段實現(xiàn)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段的波導(dǎo)入口與角錐喇叭的波導(dǎo)口之間的阻抗變換。本實用新型損耗低，輻射效率高，方向圖副瓣低；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，同時實現(xiàn)了天線與網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計，該陣列天線與傳統(tǒng)低副瓣陣列天線比較，具有加工簡單、輻射效率高，帶寬寬的特點。
【專利說明】
一種喇叭陣列天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及雷達(dá)、通信領(lǐng)域中的低旁瓣喇叭陣列天線，適用于要求高效率天線的雷達(dá)、通信系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在雷達(dá)、通信系統(tǒng)中，要求天線具有高增益、高效率、低副瓣等電氣特性，實現(xiàn)上述性能的天線主要有以下幾種天線形式，但各有優(yōu)缺點。
[0003]1、波導(dǎo)縫隙天線:該形式天線是在波導(dǎo)寬邊或窄邊進(jìn)行開縫，通常有行波、駐波兩種陣列形式，但輻射單元縫隙的增益相對較低，通常只有7dB左右，由于為串饋形式，帶寬內(nèi)出現(xiàn)頻掃現(xiàn)象，隨著工作頻率的增高，要求加工精度也越高，需借助較高的焊接工藝加工制造，成品率較低，導(dǎo)致成本較高。
[0004]2、微帶貼片天線，該天線形式具有輪廓低、可集成有源器件、可實現(xiàn)輻射單元與網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計的，但天線的介質(zhì)損耗較大，且存在漏波效應(yīng)，天線單元增益低、饋電網(wǎng)絡(luò)損耗大，不利用實現(xiàn)高增益天線設(shè)計。
[0005]3、對稱振子天線，該形式的天線通常以腔振子天線形式出現(xiàn)，可作為反射面天線饋源使用，天線增益可實現(xiàn)1dB左右，陣子的加工方法通常采用鋁材、銅材或借助印制板敷刻技術(shù)來實現(xiàn)。但該單元形式實現(xiàn)陣列天線設(shè)計，需外接合成網(wǎng)絡(luò)，因此對饋線網(wǎng)絡(luò)各路的一致性要求較高，往往天線工作頻段較低時影響不大，但頻率較高時幅、相誤差較大，不利于陣列的實現(xiàn)。
[0006]4、SIW縫隙陣列天線，該天線形式與波導(dǎo)縫隙陣的輻射基本相同，它是把輻射縫隙開在了介質(zhì)基片上，這樣可以實現(xiàn)較小的結(jié)構(gòu)尺寸，可以有源器件集成設(shè)計，沒有高精度機(jī)加工要求，但由于天線的基材介質(zhì)損耗，信號傳輸?shù)牟顡p較大，天線輻射效率較低，并不適用于高增益天線的實現(xiàn)。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型要解決的技術(shù)問題在于:避免上述【背景技術(shù)】中的不足之處而提供一種空氣同軸饋電的角錐喇叭陣列天線，使其損耗低，輻射效率高，方向圖副瓣低，結(jié)構(gòu)緊湊，可
靠性高。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0009]一種喇叭陣列天線，由輻射層、饋電網(wǎng)絡(luò)層和背腔層組成;其輻射層由輻射單元陣列而成，每個輻射單元都由角錐喇叭、波導(dǎo)阻抗變換段和波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段組成;角錐喇叭位于輻射單元的最上方，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段位于輻射單元的最下方，波導(dǎo)阻抗變換段位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段的波導(dǎo)入口與角錐喇叭的波導(dǎo)口之間；角錐喇叭為方口角錐喇叭形式，其波導(dǎo)饋入端為標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)形式;波導(dǎo)阻抗變換段實現(xiàn)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段的波導(dǎo)入口與角錐喇叭的波導(dǎo)口之間的阻抗變換。
[0010]波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段的波導(dǎo)入口位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段的最上端，該波導(dǎo)采用扁波導(dǎo)口的形式；同軸內(nèi)導(dǎo)體為方型結(jié)構(gòu)，位于寬邊中心處，沿波導(dǎo)窄邊方向饋加波導(dǎo)；同軸終端短路段為同軸饋電端向另一端的延伸，呈90°彎折結(jié)構(gòu)；同軸阻抗變換段位于同軸輸入端與波導(dǎo)臂之間，矩形波導(dǎo)腔體位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段的最底層，同軸腔體里填充介質(zhì)為空氣。
[0011]饋電網(wǎng)絡(luò)層主要由金屬外導(dǎo)體和饋電網(wǎng)絡(luò)組成，饋電網(wǎng)絡(luò)的核心部件為若干個不等功分T型頭，不等功分T型頭的結(jié)構(gòu)為三端口網(wǎng)絡(luò)，一入口兩出口內(nèi)導(dǎo)體的饋線尺寸不同。
[0012]矩形波導(dǎo)腔體的窄邊尺寸小于相應(yīng)頻率標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)窄邊尺寸。
[0013]本實用新型所取得的有益效果:
[0014]本實用新型為角錐喇叭陣列天線，該陣列天線由輻射層、饋電網(wǎng)絡(luò)層和背腔層構(gòu)成，陣列形式為8 X 8，輻射陣元數(shù)量為64，旁瓣電平為-30dB，天線增益為26dB，輻射效率大于82 %，饋線損耗為0.4dB ο損耗低，輻射效率高，方向圖副瓣低。
[0015]本實用新型整個天線結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，同時實現(xiàn)了天線與網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計，該陣列天線與傳統(tǒng)低副瓣陣列天線比較，具有加工簡單、輻射效率高，帶寬寬的特點。
[0016]波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段的波導(dǎo)入口位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段的最上端，該波導(dǎo)采用扁波導(dǎo)口的形式，實現(xiàn)較大的饋電網(wǎng)絡(luò)空間，方便網(wǎng)絡(luò)走線；同軸內(nèi)導(dǎo)體為方型結(jié)構(gòu)，適于采用數(shù)控加工工藝來加工；同軸終端短路段呈90°彎折結(jié)構(gòu)，可減小饋線的走線空間，內(nèi)導(dǎo)體終端與腔體內(nèi)壁為短路接觸，這樣內(nèi)導(dǎo)體可實現(xiàn)自支撐，利于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，減少饋線的損耗；同軸阻抗變換段位于同軸輸入端與波導(dǎo)臂之間，采用調(diào)節(jié)方型同軸外導(dǎo)體尺寸的方法，來改變此處的饋線阻抗，近而實現(xiàn)同軸輸入端的阻抗匹配;矩形波導(dǎo)腔體位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段的最底層，實現(xiàn)波導(dǎo)信號的定向傳輸。
[0017]饋電網(wǎng)絡(luò)層可以實現(xiàn)能量的任意分配。
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實用新型的分層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖3是本實用新型中輻射單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本實用新型中同軸轉(zhuǎn)換段的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是本實用新型中饋電網(wǎng)絡(luò)層的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1是本實用新型的三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本實用新型的分層結(jié)構(gòu)示意圖，給出了各部件間的相對位置關(guān)系及內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，圖3是本實用新型中輻射單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，一種喇叭陣列天線，由輻射層1、饋電網(wǎng)絡(luò)層2和背腔層3組成;其輻射層I由輻射單元陣列而成，每個輻射單元都由角錐喇叭4、波導(dǎo)阻抗變換段5和波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段6組成；角錐喇叭4位于輻射單元的最上方，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段6位于輻射單元的最下方，波導(dǎo)阻抗變換段5位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段6的波導(dǎo)入口 9與角錐喇叭4的波導(dǎo)口之間；角錐喇叭4為方口角錐喇叭形式，其波導(dǎo)饋入端為標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)形式;波導(dǎo)阻抗變換段5實現(xiàn)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段6的波導(dǎo)入口 9與角錐喇叭4的波導(dǎo)口之間的阻抗變換。本實用新型損耗低，輻射效率高，方向圖副瓣低;整個天線結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，同時實現(xiàn)了天線與網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計，該陣列天線與傳統(tǒng)低副瓣陣列天線比較，具有加工簡單、輻射效率高，帶寬寬的特點。
[0025]圖4是本實用新型中同軸轉(zhuǎn)換段的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段6的波導(dǎo)入口9位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段6的最上端，該波導(dǎo)采用扁波導(dǎo)口的形式，實現(xiàn)較大的饋電網(wǎng)絡(luò)空間，方便網(wǎng)絡(luò)走線；同軸內(nèi)導(dǎo)體7為方型結(jié)構(gòu)，適于采用數(shù)控加工工藝來加工，位于寬邊中心處，沿波導(dǎo)窄邊方向饋加波導(dǎo)；同軸終端短路段8為同軸饋電端向另一端的延伸，呈90°彎折結(jié)構(gòu)，可減小饋線的走線空間，內(nèi)導(dǎo)體終端與腔體內(nèi)壁為短路接觸，這樣內(nèi)導(dǎo)體可實現(xiàn)自支撐，利于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，減少饋線的損耗；同軸阻抗變換段10位于同軸輸入端與波導(dǎo)臂之間，采用調(diào)節(jié)方型同軸外導(dǎo)體尺寸的方法，來改變此處的饋線阻抗，近而實現(xiàn)同軸輸入端的阻抗匹配;矩形波導(dǎo)腔體11位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段6的最底層，實現(xiàn)波導(dǎo)信號的定向傳輸；同軸腔體里填充介質(zhì)為空氣。
[0026]圖5是本實用新型中饋電網(wǎng)絡(luò)層的結(jié)構(gòu)示意圖。饋電網(wǎng)絡(luò)層2主要由金屬外導(dǎo)體14和饋電網(wǎng)絡(luò)12組成，饋電網(wǎng)絡(luò)12的核心部件為若干個不等功分T型頭13，不等功分T型頭13的結(jié)構(gòu)為三端口網(wǎng)絡(luò)，一入口兩出口內(nèi)導(dǎo)體的饋線尺寸不同，可以實現(xiàn)能量的任意分配。
[0027]矩形波導(dǎo)腔體11的窄邊尺寸小于相應(yīng)頻率標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)窄邊尺寸。
[0028]本實用新型工作原理如下:當(dāng)發(fā)射信號時，發(fā)射機(jī)通過同軸電纜發(fā)射信號，輸入到波導(dǎo)口，經(jīng)由饋電網(wǎng)絡(luò)12將能量分配到每一個輻射單元，并經(jīng)由角錐喇叭輻射到自由空間；天線的接收與發(fā)射為互易過程，外部信號由每一個角錐喇叭輻射單元接收到，經(jīng)由饋電網(wǎng)絡(luò)12進(jìn)行合成，最終進(jìn)入到波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段，經(jīng)由同軸輸出到外接接收機(jī)。
【主權(quán)項】
1.一種喇叭陣列天線，其特征在于:由輻射層(I)、饋電網(wǎng)絡(luò)層(2)和背腔層(3)組成;其輻射層(I)由輻射單元陣列而成，每個輻射單元都由角錐喇叭(4)、波導(dǎo)阻抗變換段(5)和波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段(6)組成；角錐喇叭(4)位于輻射單元的最上方，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段(6)位于輻射單元的最下方，波導(dǎo)阻抗變換段(5)位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段(6)的波導(dǎo)入口(9)與角錐喇叭(4)的波導(dǎo)口之間；角錐喇叭(4)為方口角錐喇叭形式，其波導(dǎo)饋入端為標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)形式;波導(dǎo)阻抗變換段(5)實現(xiàn)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段(6)的波導(dǎo)入口(9)與角錐喇叭(4)的波導(dǎo)口之間的阻抗變換。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喇叭陣列天線，其特征在于:波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段(6)的波導(dǎo)入口(9)位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段(6)的最上端，該波導(dǎo)采用扁波導(dǎo)口的形式；同軸內(nèi)導(dǎo)體(7)為方型結(jié)構(gòu)，位于寬邊中心處，沿波導(dǎo)窄邊方向饋加波導(dǎo)；同軸終端短路段(8)為同軸饋電端向另一端的延伸，呈90°彎折結(jié)構(gòu)；同軸阻抗變換段(10)位于同軸輸入端與波導(dǎo)臂之間，矩形波導(dǎo)腔體(11)位于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換段(6)的最底層，同軸腔體里填充介質(zhì)為空氣。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喇叭陣列天線，其特征在于:饋電網(wǎng)絡(luò)層(2)主要由金屬外導(dǎo)體(14)和饋電網(wǎng)絡(luò)(12)組成，饋電網(wǎng)絡(luò)(12)的核心部件為若干個不等功分T型頭(13)，不等功分T型頭(13)的結(jié)構(gòu)為三端口網(wǎng)絡(luò)，一入口兩出口內(nèi)導(dǎo)體的饋線尺寸不同。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的喇叭陣列天線，其特征在于:矩形波導(dǎo)腔體(11)的窄邊尺寸小于相應(yīng)頻率標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)窄邊尺寸。
【文檔編號】H01Q21/06GK205595462SQ201620299836
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】宋長宏
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所