[发明专利]一种脊上开槽的新型超宽带双脊喇叭天线

说明书

本发明提出一种脊上开槽的新型超宽带双脊喇叭天线，能够同时满足超宽带、高增益与低电压驻波比的要求。该天线包括喇叭段(1)，波导段(2)，上脊波导(3)，下脊波导(4)，短路背板(5)，以及同轴射频连接器(6)；喇叭段(1)的非脊壁采用栅栏结构；波导段(2)四周添加楔形结构；上脊波导(3)与下脊波导(4)为对称结构，脊的末端采用椭圆渐变结构；上脊波导(3)与下脊波导(4)进行开槽设计；本发明采用二阶贝塞尔曲线作为脊的渐变曲线，在获得良好匹配特性的同时大大减少了优化设计难度；同时对脊结构进行开槽设计，进一步降低了低频段的电压驻波比。所设计的天线在2‑18GHz超宽带范围内具有稳定的高增益与低电压驻波比，在超宽带领域具有非常广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及天线领域，具体为一种新型超宽带双脊喇叭天线，特别涉及一种改善的具有简单脊曲线形式和脊上开槽的超宽带双脊喇叭天线。

背景技术

随着电子对抗，目标侦测以及超宽带技术的发展，传统的窄带天线已经不能满足复杂系统的需求；同时为避免由信道拥塞造成的通信干扰，超宽带天线技术已经成为无线电发展中最为急切的问题。

目前较为常见的超宽带天线、且可以应用在测试领域的，一般有双锥天线、螺旋天线、对数周期天线，以及Vivaldi天线、喇叭天线等。依靠着各自不同的特性，上述天线有着不同的应用场景。比如具有水平全向辐射特性的双锥天线通常被用作室内分布天线；结构简单易于制作的对数周期天线通常用于电视信号的接收；喇叭天线具有增益高，方向性稳定，结构简单，易加工等特点，在上述领域能够得到充分应用及发展，一般情况下，可以用来作为独立的天线或者馈源使用。

喇叭天线可以看做由逐渐张开的波导构成，电磁波从腔体内沿着渐变的波导结构辐射到自由空间。通常根据喇叭天线的波导展开方式的不同可以将其分为E面喇叭天线、H面喇叭天线、圆锥喇叭天线以及角锥喇叭天线。作为喇叭天线的变形和演进，Vivaldi天线具有宽频带、高定向性和低副瓣等优点，常被用在电磁兼容测试和射电天文学中。然而在毫米波频段，Vivaldi天线由于随着频率的升高，在介质基板上会产生较大的介质损耗，导致辐射效率变差。

相比于喇叭天线而言，加脊喇叭天线由于脊结构的存在，会使原有波导中主模的截止频率降低，并同时升高相邻高次模的截止频率，而且加脊可以使得波导获得更低的特性阻抗。因此加脊喇叭天线通常具有更宽的带宽，更适合于宽带应用场所。但传统的加脊喇叭天线仍存在一些弊端。包括由于口径处相位差过大，造成高频辐射波瓣图分裂进而导致增益陡降的问题。为了解决上述问题，研究人员从不同的角度出发，对天线结构进行了优化设计。包括脊的结构和曲线设计，反射腔优化设计，加载波纹和加载透镜等方法。通过上述方法虽然可以实现良好的阻抗匹配或者解决高频裂瓣的问题，但是目前的设计很少能在超宽带范围内取得较好的综合效果。如加载透镜虽然可以修正口径处相位差提高增益，但从透镜的平表面向内反射的波又会被重新聚焦于初级天线，引起电压驻波比的增大；通过在口径处加载波纹结构，可以减少边缘绕射，取得更稳定的相位中心，但需要牺牲带宽。因此对于解决脊喇叭天线方向图分裂问题而言，从工程或者实际应用的角度，最优的解决方案是改进结构。这类设计不仅不需要额外的结构，因此不会增加天线的体积，且容易获得良好的天线性能。此外，2010年B.Jacobs在Journal of Electromagnetic Waves andApplications上发表的文章The Effect of Manufacturing and Assembling Toleranceson the Performance of Double-ridged Horn Antennas中分析指出，复杂的加脊喇叭天线在设计、加工和装配的过程中，其内部出现的间隙会对天线性能造成严重的影响。因此在适用于毫米波的加脊喇叭天线的设计中，需要同时考虑各种性能参数以及实际加工装配的复杂程度。

发明内容

本发明的目的在于充分解决以上现存的缺陷问题，提出一种脊上开槽的新型超宽带双脊喇叭天线，通过改善优化脊曲线、设计新型反射腔体以及对脊上进行开槽等设计，较好的解决了传统超宽带双脊喇叭天线在高频处的辐射波瓣图分裂、增益下降以及综合性能不佳的问题。