CN205595462U - 一种喇叭阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种喇叭阵列天线。其由辐射层、馈电网络层和背腔层组成；其辐射层由辐射单元阵列而成，每个辐射单元都由角锥喇叭、波导阻抗变换段和波导同轴转换段组成；角锥喇叭位于辐射单元的最上方，波导同轴转换段位于辐射单元的最下方，波导阻抗变换段位于波导同轴转换段的波导入口与角锥喇叭的波导口之间；角锥喇叭为方口角锥喇叭形式，其波导馈入端为标准矩形波导形式；波导阻抗变换段实现波导同轴转换段的波导入口与角锥喇叭的波导口之间的阻抗变换。本实用新型损耗低，辐射效率高，方向图副瓣低；结构简单、紧凑，同时实现了天线与网络一体化设计，该阵列天线与传统低副瓣阵列天线比较，具有加工简单、辐射效率高，带宽宽的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及雷达、通信领域中的低旁瓣喇叭阵列天线，适用于要求高效率天线的雷达、通信***中。
背景技术
目前在雷达、通信***中,要求天线具有高增益、高效率、低副瓣等电气特性，实现上述性能的天线主要有以下几种天线形式，但各有优缺点。
1、波导缝隙天线：该形式天线是在波导宽边或窄边进行开缝，通常有行波、驻波两种阵列形式，但辐射单元缝隙的增益相对较低，通常只有7dB左右，由于为串馈形式，带宽内出现频扫现象，随着工作频率的增高，要求加工精度也越高，需借助较高的焊接工艺加工制造，成品率较低，导致成本较高。
2、微带贴片天线，该天线形式具有轮廓低、可集成有源器件、可实现辐射单元与网络一体化设计的，但天线的介质损耗较大，且存在漏波效应，天线单元增益低、馈电网络损耗大，不利用实现高增益天线设计。
3、对称振子天线，该形式的天线通常以腔振子天线形式出现，可作为反射面天线馈源使用，天线增益可实现10dB左右，阵子的加工方法通常采用铝材、铜材或借助印制板敷刻技术来实现。但该单元形式实现阵列天线设计，需外接合成网络，因此对馈线网络各路的一致性要求较高，往往天线工作频段较低时影响不大，但频率较高时幅、相误差较大，不利于阵列的实现。
4、SIW缝隙阵列天线，该天线形式与波导缝隙阵的辐射基本相同，它是把辐射缝隙开在了介质基片上，这样可以实现较小的结构尺寸，可以有源器件集成设计，没有高精度机加工要求，但由于天线的基材介质损耗，信号传输的差损较大，天线辐射效率较低，并不适用于高增益天线的实现。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于：避免上述背景技术中的不足之处而提供一种空气同轴馈电的角锥喇叭阵列天线，使其损耗低，辐射效率高，方向图副瓣低，结构紧凑，可靠性高。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：
一种喇叭阵列天线，由辐射层、馈电网络层和背腔层组成；其辐射层由辐射单元阵列而成，每个辐射单元都由角锥喇叭、波导阻抗变换段和波导同轴转换段组成；角锥喇叭位于辐射单元的最上方，波导同轴转换段位于辐射单元的最下方，波导阻抗变换段位于波导同轴转换段的波导入口与角锥喇叭的波导口之间；角锥喇叭为方口角锥喇叭形式，其波导馈入端为标准矩形波导形式；波导阻抗变换段实现波导同轴转换段的波导入口与角锥喇叭的波导口之间的阻抗变换。
波导同轴转换段的波导入口位于波导同轴转换段的最上端，该波导采用扁波导口的形式；同轴内导体为方型结构，位于宽边中心处，沿波导窄边方向馈加波导；同轴终端短路段为同轴馈电端向另一端的延伸，呈90°弯折结构；同轴阻抗变换段位于同轴输入端与波导臂之间，矩形波导腔***于波导同轴转换段的最底层，同轴腔体里填充介质为空气。
馈电网络层主要由金属外导体和馈电网络组成，馈电网络的核心部件为若干个不等功分T型头，不等功分T型头的结构为三端口网络，一入口两出口内导体的馈线尺寸不同。
矩形波导腔体的窄边尺寸小于相应频率标准波导窄边尺寸。
本实用新型所取得的有益效果：
本实用新型为角锥喇叭阵列天线，该阵列天线由辐射层、馈电网络层和背腔层构成，阵列形式为8×8，辐射阵元数量为64，旁瓣电平为-30dB,天线增益为26dB，辐射效率大于82％，馈线损耗为0.4dB。损耗低，辐射效率高，方向图副瓣低。
本实用新型整个天线结构简单、紧凑，同时实现了天线与网络一体化设计，该阵列天线与传统低副瓣阵列天线比较，具有加工简单、辐射效率高，带宽宽的特点。
波导同轴转换段的波导入口位于波导同轴转换段的最上端，该波导采用扁波导口的形式，实现较大的馈电网络空间，方便网络走线；同轴内导体为方型结构，适于采用数控加工工艺来加工；同轴终端短路段呈90°弯折结构，可减小馈线的走线空间，内导体终端与腔体内壁为短路接触，这样内导体可实现自支撑，利于网络扩展，减少馈线的损耗；同轴阻抗变换段位于同轴输入端与波导臂之间，采用调节方型同轴外导体尺寸的方法，来改变此处的馈线阻抗，近而实现同轴输入端的阻抗匹配；矩形波导腔***于波导同轴转换段的最底层，实现波导信号的定向传输。
馈电网络层可以实现能量的任意分配。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
图1为本实用新型的三维结构示意图；
图2为本实用新型的分层结构示意图；
图3是本实用新型中辐射单元的结构示意图；
图4是本实用新型中同轴转换段的结构示意图；
图5是本实用新型中馈电网络层的结构示意图。
具体实施方式
图1是本实用新型的三维结构示意图，图2是本实用新型的分层结构示意图，给出了各部件间的相对位置关系及内部结构细节，图3是本实用新型中辐射单元的结构示意图。如图所示，一种喇叭阵列天线，由辐射层1、馈电网络层2和背腔层3组成；其辐射层1由辐射单元阵列而成，每个辐射单元都由角锥喇叭4、波导阻抗变换段5和波导同轴转换段6组成；角锥喇叭4位于辐射单元的最上方，波导同轴转换段6位于辐射单元的最下方，波导阻抗变换段5位于波导同轴转换段6的波导入口9与角锥喇叭4的波导口之间；角锥喇叭4为方口角锥喇叭形式，其波导馈入端为标准矩形波导形式；波导阻抗变换段5实现波导同轴转换段6的波导入口9与角锥喇叭4的波导口之间的阻抗变换。本实用新型损耗低，辐射效率高，方向图副瓣低；整个天线结构简单、紧凑，同时实现了天线与网络一体化设计，该阵列天线与传统低副瓣阵列天线比较，具有加工简单、辐射效率高，带宽宽的特点。
图4是本实用新型中同轴转换段的结构示意图。如图所示，波导同轴转换段6的波导入口9位于波导同轴转换段6的最上端，该波导采用扁波导口的形式，实现较大的馈电网络空间，方便网络走线；同轴内导体7为方型结构，适于采用数控加工工艺来加工，位于宽边中心处，沿波导窄边方向馈加波导；同轴终端短路段8为同轴馈电端向另一端的延伸，呈90°弯折结构，可减小馈线的走线空间，内导体终端与腔体内壁为短路接触，这样内导体可实现自支撑，利于网络扩展，减少馈线的损耗；同轴阻抗变换段10位于同轴输入端与波导臂之间，采用调节方型同轴外导体尺寸的方法，来改变此处的馈线阻抗，近而实现同轴输入端的阻抗匹配；矩形波导腔体11位于波导同轴转换段6的最底层，实现波导信号的定向传输；同轴腔体里填充介质为空气。
图5是本实用新型中馈电网络层的结构示意图。馈电网络层2主要由金属外导体14和馈电网络12组成，馈电网络12的核心部件为若干个不等功分T型头13，不等功分T型头13的结构为三端口网络，一入口两出口内导体的馈线尺寸不同，可以实现能量的任意分配。
矩形波导腔体11的窄边尺寸小于相应频率标准波导窄边尺寸。
本实用新型工作原理如下：当发射信号时，发射机通过同轴电缆发射信号，输入到波导口，经由馈电网络12将能量分配到每一个辐射单元，并经由角锥喇叭辐射到自由空间；天线的接收与发射为互易过程，外部信号由每一个角锥喇叭辐射单元接收到，经由馈电网络12进行合成，最终进入到波导同轴转换段，经由同轴输出到外接接收机。
Claims (4)
1.一种喇叭阵列天线，其特征在于：由辐射层(1)、馈电网络层(2)和背腔层(3)组成；其辐射层(1)由辐射单元阵列而成，每个辐射单元都由角锥喇叭(4)、波导阻抗变换段(5)和波导同轴转换段(6)组成；角锥喇叭(4)位于辐射单元的最上方，波导同轴转换段(6)位于辐射单元的最下方，波导阻抗变换段(5)位于波导同轴转换段(6)的波导入口(9)与角锥喇叭(4)的波导口之间；角锥喇叭(4)为方口角锥喇叭形式，其波导馈入端为标准矩形波导形式；波导阻抗变换段(5)实现波导同轴转换段(6)的波导入口(9)与角锥喇叭(4)的波导口之间的阻抗变换。
2.根据权利要求1所述的喇叭阵列天线，其特征在于：波导同轴转换段(6)的波导入口(9)位于波导同轴转换段(6)的最上端，该波导采用扁波导口的形式；同轴内导体(7)为方型结构，位于宽边中心处，沿波导窄边方向馈加波导；同轴终端短路段(8)为同轴馈电端向另一端的延伸，呈90°弯折结构；同轴阻抗变换段(10)位于同轴输入端与波导臂之间，矩形波导腔体(11)位于波导同轴转换段(6)的最底层，同轴腔体里填充介质为空气。
3.根据权利要求1所述的喇叭阵列天线，其特征在于：馈电网络层(2)主要由金属外导体(14)和馈电网络(12)组成，馈电网络(12)的核心部件为若干个不等功分T型头(13)，不等功分T型头(13)的结构为三端口网络，一入口两出口内导体的馈线尺寸不同。
4.根据权利要求2所述的喇叭阵列天线，其特征在于：矩形波导腔体(11)的窄边尺寸小于相应频率标准波导窄边尺寸。
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