[发明专利]一种高增益低旁瓣E面扇形喇叭天线

说明书

本发明公开了一种高增益低旁瓣E面扇形喇叭天线，其特征在于，它是由矩形波导段、张角连接段、喉部过渡段和扇形喇叭段构成；矩形波导段的一端作馈电端口，用主模TE₁₀模进行馈电，另一端朝外张开形成馈电波导和喇叭喉部间的连接段；连接段末端先后朝内、朝外弯折三次和两次，形成朝后凸起的喉部过渡段；过渡段末端宽边朝外张开形成扇形喇叭段，喇叭段的宽边两侧内壁放置一排垂直于内壁、均匀间隔、相互平行的矩形齿条，并延伸至喇叭口位置。该发明实现了E面扇形喇叭天线的宽频带、高增益、低旁瓣、高前后向比、高效率和尺寸缩减，具有思路新颖、原理清晰、方法普适、结构简单、加工方便等特点，对于H面扇形喇叭天线的方向图优化设计也有很好的借鉴意义。

技术领域

本发明涉及微波通信天线技术领域，特别是涉及一种高增益低旁瓣E面扇形喇叭天线。

背景技术

微波由于其频谱宽、传播特性好、波长适中等优点，是整个无线电波段中最常用的波谱资源，已成为雷达成像、卫星通信/导航、蜂窝移动通信、无线中继通信、短距高速通信等无线电业务的优选频段。可以说，目前绝大部分无线业务都是集中在1GHz-30GHz的微波频段，而微波天线则是微波通信成功应用的关键和瓶颈。微波天线种类繁多，其中相当一部分是应用于高功率场景。常见大功率微波天线的一般由波导演变而来。一般地，波导类器件具有高功率容量、低损耗的突出优点。尽管它体积大而笨重，目前仍是大功率微波应用场合的首选器件。因此，在最原始的矩/圆波导基础上，人们开发出一系列功能不同、性能优异的波导类器件，如脊波导(Ridged Waveguide)、魔T头(Magic-T)、间隙波导(Gap Waveguide)、波纹喇叭天线(Corrugated Horn)、波导缝隙天线等。其中，喇叭天线是由波导演变的天线类型中最典型的例子。矩形波导宽边(电壁)张开就是E-面扇形喇叭，窄边(磁壁)张开是H-面扇形喇叭，两边同时张开便是角锥喇叭；圆波导口径均匀张开成圆锥喇叭。E/H面扇形喇叭天线的工作原理与窄矩形缝隙天线相同，即顺着缝隙的平面波束较窄，垂直于缝隙的平面波束则较宽，这种方向图适合于移动通信的用户覆盖场合，如用户分布在基站周围某个方向较宽角域范围的情形。而当宽边和窄边同时张开时，两个主平面波束宽度则十分接近，如角锥喇叭、圆锥喇叭，这种方向图则适合用作大焦径比旋转抛物面的馈源。另外，由于馈电的矩形波导主模TE₁₀模式隔离度很高，喇叭天线的交叉极化鉴别率(XPD)很高，故天线测量用的标准增益天线常选用角锥喇叭。虽然，扇形喇叭天线具有宽波束和高增益的特点，但方向图旁瓣、后瓣很大。因此，用于密集部署的基站时，会对邻近基站造成显著干扰，这极大地限制了其应用场合。由以上论述知，E/H面扇形喇叭天线性能的提升，对于高功率宽角域移动通信覆盖应用仍有很大的现实意义。

本发明旨在为微波移动通信基站提供一种高功率容量、高增益、低旁瓣、宽波束、高效率、高交叉极化比(XPD)的E面扇形喇叭天线，从而对宽角度范围内的多个用户同时进行覆盖，并且不对邻近基站形成干扰。常规E面喇叭天线竖直放置时，满足基站天线水平波束宽(H面)、垂直波束窄(E面)的特点，但是旁瓣和后瓣电平很高，难以满足上述应用的特殊要求。为了克服这一缺点，本发明借鉴了类似波纹喇叭的设计思路，在喇叭张角段内壁的E面两侧加载周期性扼流槽，产生类似后者的混合HE11模式，从而显著降低了旁瓣和后瓣。同时，喇叭张开段采用混合张角，在减小喇叭长度的同时(L≈24*λ)，可获得良好的宽带阻抗匹配(VSWR≤1.2)。

另外，该方法还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、结构简单、加工容易等特点。值得一提的是，该方法对于H面扇形喇叭天线的方向图优化设计也有较强的指导意义。

发明内容

本发明旨在解决现有技术之不足而提供的一种高增益、宽波束、低旁瓣、高前后向比(FTBR)、高交叉极化比(XPD)、高效率、高功率容量的E面扇形喇叭天线，从而对分布于较宽角域范围内的多个移动用户同时进行覆盖，并且不对附近距离较邻近的其他基站形成电磁干扰。