CN103367919A - 低频宽带双极化四脊喇叭天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低频宽带双极化四脊喇叭天线，主要解决现有技术无法满足低频率天线的测试要求，重量很重，不容易移动转动，加工困难的问题。它包括天线壁（1）、脊（2）、短路板（3）、同轴接头（4）、馈电探针（5）、聚四氟乙烯板（6）、短路柱（7）、矩形槽（8）、圆柱槽（9）和过渡锥（10）；四个脊（2）的内壁均采用镂空结构，每个脊的顶部均设有切角，四个脊的中间固定有聚四氟乙烯板（6）；短路板（3）的一侧开有矩形槽（8）；每个馈电探针（5）的顶部设为锥形结构，末端表面镀有银或锡这种软导电材料。本发明具有重量轻，结构稳定，且最低频率能够稳定在75MHz的优点，可适用于低频率天线测试的源天线。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种低频宽带双极化四脊喇叭天线，可用于测量系统的源天线。
背景技术
随着近代无线通信技术的迅速发展，宽频带技术在微波测量、电磁兼容性测试、雷达、检测系统和通信系统等领域都有广泛应用。尤其是在电磁兼容性测试和天线测量中，应用宽带天线使用户在很宽频率范围内测量而不需要更换测试源天线。
目前最常用的宽带天线有对数周期天线、双锥天线、螺旋天线和加脊喇叭天线等。但由于增益和几何尺寸的限制，一些像对数周期天线的天线不适合用在某些空间，如锥形暗室使用。近年来加脊喇叭天线比其他种类的宽带天线使用更广。随着天线测量的发展，也更加需要在较低频率进行更精确的测量，例如，汽车天线需要接收频率较低的广播信号。然而，从国内外资料报道可知，目前的四脊喇叭天线最低频率大约是100MHz，这种天线无法满足接收最低频率为75MHz广播信号的天线的测试要求，而且这种低频天线往往尺寸庞大，重量很重，不容易移动转动，加工困难，且在加工过程中很容易出现误差，导致天线性能变差。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有低频天线的不足，提供一种重量轻，结构稳定，且最低频率能够稳定在75MHz的低频宽带双极化四脊喇叭天线。
为实现上述目的，本发明的低频宽带双极化四脊喇叭天线包括：包括天线壁、短路板、同轴接头、两个馈电探针、四个短路柱和四个脊，其特征在于：
每个脊的内壁均采用镂空结构，以减轻天线重量；
每个脊的顶部设有切角，以提高天线在低频段的性能；
四个脊的中间固定有聚四氟乙烯板，以提高天线结构的稳定性；
短路板的一侧开有矩形槽，以抑制驻波奇异点的出现，改善天线低频段性能。
每个馈电探针的顶部设为锥形结构，以保证馈电探针与同轴接头的匹配，提高天线低频段性能。
上述低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于所述的镂空结构，包括蜂窝结构、网状结构和中间挖空结构。
上述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于每个脊的顶部切角为50度～60度，宽度为15mm～20mm。
上述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于四个脊中的两个正交脊，均挖有一个直径为11.5mm～16.1mm的圆柱槽；每个馈电探针穿过一个圆柱槽，固定到另一个相对脊上，形成两个馈电探针的正交错位放置。
上述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于馈电探针的顶部的锥形结构，其锥底直径为5mm～7mm，锥顶直径为1.6mm，锥高为20mm～40mm，以保证馈电探针与同轴接头的匹配。
上述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于，每个馈电探针的末端表面镀有银或锡这种软导电材料，以保证馈电探针与脊的良好接触；两个馈电探针之间的间距设为5mm～7mm，以保证两个馈电端口的驻波比一致性和隔离度。
上述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于所述的聚四氟乙烯板，其相对介电常数为4.4，厚度为15mm～30mm。
上述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于矩形槽的长为180mm～230mmmm，宽为100mm～150mm，深度为20mm～40mm。
上述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于，天线壁上固定有高度为20mm～40mm过渡体；同轴接头采用N型50Ω的同轴接头，其外导体与过渡体相连，内导体与馈电探针相连，通过该过渡体使保证同轴接头与馈电探针阻抗匹配，且最高耐功率电平达到50W。
上述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于，天线壁由厚度为3mm～8mm的直波导部分和喇叭部分组成，且直波导部分轴向长度为360mm～405mm，轴向长度为2100mm～2300mm，喇叭部分的口径长度和宽度为2200mm～2400mm。
本发明具有以下优点：
本发明通过对四个脊均采用镂空结构，极大地减轻了天线重量，防止变形；
本发明通过在四个镂空脊的中间固定有聚四氟乙烯板，提高了天线结构的稳定性；
本发明由于在短路板的一侧开有矩形槽，且在四个脊的顶部均设有切角，并将每个馈电探针的顶部设为锥形结构，使得天线的最低频率能够稳定在75MHz，满足低频率天线测试要求。
附图说明
图1是本发明低频宽带双极化四脊喇叭天线的整体结构图；
图2是图1的剖视图；
图3是图1的俯视图；
图4是图2的AA处右剖视图；
图5是本发明实施例1的两端口电压驻波比仿真曲线；
图6是本发明实施例1的两端口隔离度仿真曲线；
图7是本发明实施例1的增益仿真曲线；
图8是本发明实施例2的两端口电压驻波比仿真曲线；
图9是本发明实施例2的两端口隔离度仿真曲线；
图10是本发明实施例2的增益仿真曲线；
图11是本发明实施例3的两端口电压驻波比仿真曲线；
图12是本发明实施例3的两端口隔离度仿真曲线；
图13是本发明实施例3的增益仿真曲线；
图14是本发明实施例1的两端口电压驻波比测量曲线；
图15是本发明实施例1的两端口隔离度测量曲线；
图16是本发明实施例1的增益测量曲线。
具体实施方式
实施例1
参照图1～4，本发明包括天线壁1、脊2、短路板3、同轴接头4、馈电探针5、聚四氟乙烯板6、短路柱7、矩形槽8、圆柱槽9和过渡体10。其中：
所述的天线壁1，由直波导部分和喇叭部分组成，厚度为6mm，直波导部分轴向长度为385mm，轴向长度为2200mm，天线口径长度和宽度均为2300mm。
所述的脊2，设为四个，固定在天线壁1的内部。每一个脊的厚度为49mm，且脊的顶部曲线由直线部分和指数部分组成，每个脊的边缘采用铝固体结构，内壁采用蜂窝结构。每个脊2的顶部设有切角，其角度为55度，宽度为18mm。四个对称脊2在直线部分中间靠近短路柱一侧和靠近喇叭口径一侧，平行固定两块相对介电常数为4.4、厚度为20mm的聚四氟乙烯板6。四个脊中的两个正交脊，均挖有一个直径为14.2mm的圆柱槽9。
所述的短路板3，固定在天线壁1的后端，其长度和宽度为1160mm，厚度为50mm。短路板3在靠近短路柱7的一侧开有矩形槽8，该矩形槽的长为200mm，宽为120mm，深度为40mm。
所述的同轴接头4，设为两个，采用N型50Ω同轴接头。
所述的馈电探针5，设为两个，每个馈电探针5穿过一个圆柱槽9，固定到另一个相对脊上，形成两个馈电探针的正交错位放置。每个馈电探针5的顶部成锥形结构，其锥底直径为6.2mm，锥顶直径为1.6mm，锥高为30mm，且其末端表面镀有银,两个馈电探针5之间的间距设为5.6mm。
所述的短路柱7，设为四个，长度为320mm,固定在天线壁1内部，位于四个脊2和短路板3之间。
所述的过渡体10，设为两个，分别固定在天线壁1正交的两个面上，高度为30mm,每个同轴接头4的外导体与过渡体10相连，内导体与馈电探针5相连。
实施例2
参照图1～4，本发明包括天线壁1、脊2、短路板3、同轴接头4、馈电探针5、聚四氟乙烯板6、短路柱7、矩形槽8、圆柱槽9和过渡体10。其中：
所述的天线壁1，由直波导部分和喇叭部分组成，厚度为8mm，直波导部分轴向长度为405mm，轴向长度为2300mm，天线口径长度和宽度均为2400mm。
所述的脊2，设为四个，固定在天线壁1的内部。每一个脊的厚度为54mm，且脊的顶部曲线由直线部分和指数部分组成，每个脊的边缘采用铝固体结构，内壁采用网状结构。每个脊2的顶部设有切角，其角度为60度，宽度为20mm。四个对称脊2在直线部分中间靠近短路柱一侧和曲线部分靠近喇叭口径一侧，平行固定两块相对介电常数为4.4、厚度为30mm的聚四氟乙烯板6。四个脊中的两个正交脊，均挖有一个直径为16.1mm的圆柱槽9。
所述的短路板3，固定在天线壁1的后端，其长度和宽度为1260mm，厚度为55mm。短路板3在靠近短路柱7的一侧开有矩形槽8，该矩形槽的长为230mm，宽为150mm，深度为50mm。
所述的同轴接头4，与实施例1相同。
所述的馈电探针5，其结构关系与实施例1相同，其锥底直径为7mm，锥顶直径为1.6mm，锥高为40mm，且其末端表面镀有银。两个馈电探针5之间的间距设为7mm。
所述的短路柱7，设为四个，长度为340mm，固定关系与实施例1相同。
所述的过渡体10，设为两个，分别固定在天线壁正交的两个面上，高度为40mm，连接关系与实施例1相同。
实施例3
参照图1～4，本发明包括天线壁1、脊2、短路板3、同轴接头4、馈电探针5、聚四氟乙烯板6、短路柱7、矩形槽8、圆柱槽9和过渡体10。
该天线壁1，由直波导部分和喇叭部分组成，结构参数为：厚度3mm，直波导部分轴向长度360mm，轴向长度2100mm，天线口径长度和宽度均为2200mm。
该脊2，设为四个，固定在天线壁1的内部，每一个脊的厚度为45mm，且脊的顶部曲线由直线部分和指数部分组成，每个脊的边缘采用铝固体结构，内壁采用中间挖空结构。每个脊2的顶部设有切角，其角度为50度，宽度为15mm。四个对称脊2在直线部分中间靠近短路柱一侧和靠近喇叭口径一侧，平行固定两块相对介电常数为4.4、厚度为15mm的聚四氟乙烯板6。四个脊中的两个正交脊，均挖有一个直径为11.5mm的圆柱槽9。
该短路板3，固定在天线壁1的后端，其长度和宽度为1060mm，厚度为40mm。短路板3在靠近短路柱7的一侧开有矩形槽8，该矩形槽的长为180mm，宽为100mm，深度为30mm。
该同轴接头4，与实施例1相同。
该馈电探针5，设为两个，每个馈电探针5穿过一个圆柱槽9，固定到另一个相对脊上，形成两个馈电探针的正交错位放置。每个馈电探针5的顶部成锥形结构，其锥底直径为5mm，锥顶直径为1.6mm，锥高为20mm，且其末端表面镀有锡，两个馈电探针5之间的间距设为5mm。
该短路柱7，设为四个，长度为300mm，固定在天线壁1内部，位于四个脊2和短路板3之间。
该过渡体10，设为两个，分别固定在天线壁正交的两个面上，高度为20mm。每个同轴接头4的外导体与过渡体10相连，内导体与馈电探针5相连。
本发明的效果可通过以下测量和仿真进一步说明：
仿真1，对实施例1在电磁仿真软件HFSS里进行整体结构建模，其两端口的电压驻波比如图5，两端口隔离度如图6，增益如图7。
从图5～7仿真结果表明:在75MHz～550MHz频段内，其两端口电压驻波比小于2.0，两端口隔离度大于38dB，增益为6～18dBi。
仿真2，对实施例2在电磁仿真软件HFSS里进行整体结构建模，其两端口电压驻波比如图8，两端口隔离度如图9，增益如图10。
从图8～10仿真结果表明:在75MHz～550MHz频段内，其两端口电压驻波比小于2.0，两端口隔离度大于39dB，增益为7～16dBi。
仿真3，对实施例3在电磁仿真软件HFSS里进行整体结构建模，其两端口电压驻波比如图11，隔离度如图12，增益如图13。
从图8～10仿真结果表明:在75MHz～550MHz频段内，其两端口电压驻波比小于2.0，两端口隔离度大于30dB，增益为5～13.5dBi。
测量1，在天线暗室里，对实施例1实物进行性能测量，该天线两端口电压驻波比如图14，两端口隔离度如图15，增益如图16。
参照图14～16测量结果表明：在75MHz～550MHz频段内，其两端口电压驻波比小于2.0，个别频点小于2.25；两端口隔离度大于30dB；增益为5～13dBi。
由以上仿真和测量可见，本发明低频宽带双极化四脊喇叭天线在75MHz～550MHz频段内性能良好，满足低频率天线测试要求。
以上所述的仅是本发明的三个优选实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创新构思的前提下所做出的若干变形和改进，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种低频宽带双极化四脊喇叭天线，包括天线壁、短路板、同轴接头、两个馈电探针、四个短路柱和四个脊，其特征在于：
每个脊（2）的内壁均采用镂空结构，以减轻天线重量；
每个脊（2）的顶部设有切角，以提高天线在低频段的性能；
四个脊的中间固定有聚四氟乙烯板（6），以提高天线结构的稳定性；
短路板（3）的一侧开有矩形槽（8），以抑制驻波奇异点的出现，改善天线低频段性能；
每个馈电探针（5）的顶部设为锥形结构，以保证馈电探针（5）与同轴接头（4）的匹配，提高天线低频段性能。
2.根据权利要求1所述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于所述的镂空结构，包括蜂窝结构、网状结构和中间挖空结构。
3.根据权利要求1所述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于每个脊（2）的顶部切角为50度～60度，宽度为15mm～20mm。
4.根据权利要求1所述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于四个脊中的两个正交脊，均挖有一个直径为11.5mm～16.1mm的圆柱槽（9）；每个馈电探针（5）穿过一个圆柱槽（9），固定到另一个相对脊上，形成两个馈电探针的正交错位放置。
5.根据权利要求1所述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于馈电探针顶部的锥形结构，其锥底直径为5mm～7mm，锥顶直径为1.6mm，锥高为20mm～40mm，以保证馈电探针与同轴接头（4）的匹配。
6.根据权利要求4所述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于，每个馈电探针（5）的末端表面镀有银或锡这种软导电材料，以保证馈电探针与脊的良好接触；两个馈电探针（5）之间的间距设为5mm～7mm，以保证两个馈电端口的驻波比一致性和隔离度。
7.根据权利要求1所述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于所述的聚四氟乙烯板（6），其相对介电常数为4.4，厚度为15mm～30mm。
8.根据权利要求1所述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于矩形槽（8）的长为180mm～230mmmm，宽为100mm～150mm，深度为20mm～40mm。
9.根据权利要求1所述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于，天线壁（1）上固定有高度为20mm～40mm过渡体（10）；同轴接头（4）采用N型50Ω的同轴接头，其外导体与过渡体（10）相连，内导体与馈电探针（5）相连，通过该过渡体使保证同轴接头（4）与馈电探针（5）阻抗匹配，且最高耐功率电平达到50W。
10.根据权利要求1所述的低频宽带双极化四脊喇叭天线，其特征在于，天线壁（1）由厚度为3mm～8mm的直波导部分和喇叭部分组成，且直波导部分轴向长度为360mm～405mm，喇叭部分轴向长度为2100mm～2300mm，喇叭部分的口径长度和宽度为2200mm～2400mm。
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