一种基于C波段的圆极化喇叭天线制造技术

本发明专利技术公开一种基于C波段的圆极化喇叭天线，由波导同轴转换器、圆极化器、天线口径和手性超材料覆层组成。天线口径为一上下贯通的角锥形喇叭体。波导同轴转换器包括同轴线接头和矩形波导。圆极化器包括金属隔板和方形波导。手性超材料覆层位于天线口径的正上方，并与天线口径之间存在一定间隙。该手性超材料覆层包括介质基板和印制在介质基板上的至少一组互扭Z字形的频率选择表面单元组。本发明专利技术能够在有限的纵向长度和口径面积前提下，使天线获得更高的增益和更好的圆极化特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种喇叭天线，具体涉及一种基于C波段的圆极化喇叭天线。
技术介绍
喇叭天线早已为人们所知，其结构形式、尺寸大小以及用途各异。例如在微波遥测 或遥控系统中，可以用圆极化喇叭天线对运动姿态不断改变的目标进行跟踪探测。圆极化 喇叭天线一般由馈电装置、圆极化器和喇叭形的天线口径组成。馈电装置的同轴线内导体 延伸到其波导腔体内以便形成一个振子，用以激发电磁波，该电磁波沿波导经圆极化器形 成圆极化电磁波，最终经天线口径辐射到自由空间中。 因为圆极化喇叭天线的辐射性能与喇叭天线口径大小及形状有着直接的关系，所 以要使天线获得高增益必然会造成喇叭天线的体积增大。然而，体积较大的圆极化喇叭天 线又不符合通信系统紧凑化及轻量化的发展需求，因此在设计时要考虑圆极化喇叭天线如 何在有限的纵向长度和口径面积前提下，使天线获得更高的增益、更好的圆极化特性是目 前所需解决的关键技术之一。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于C波段的圆极化喇叭天线，其能够在 有限的纵向长度和口径面积前提下，使天线获得更高的增益和更好的圆极化特性。 为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的： 一种基于C波段的圆极化喇叭天线，由波导同轴转换器、圆极化器、天线口径和手 性超材料覆层组成。其中所述天线口径为一上下贯通的角锥形喇叭体。所述波导同轴转换 器包括同轴线接头和矩形波导。矩形波导为一密闭的矩形腔体。矩形波导的上表面完全开 口。矩形波导的下表面形成转化波导短路端。同轴线接头安装在矩形波导的左侧壁上。所 述圆极化器包括金属隔板和方形波导。方形波导为一密闭的方形腔体。方形波导的上表面 完全开口，该开口与天线口径的下开口相连通。方形波导的下表面的右半部分开口，该开口 与波导同轴转换器的矩形波导的开口相连通。方形波导的下表面的左半部分形成极化波导 短路端。金属隔板呈正向阶梯形。金属隔板垂直设置在方形波导的正中间，并将方形波导 的内腔分隔为左右2个矩形的腔体。所述手性超材料覆层位于天线口径的正上方，并与天 线口径之间存在一定间隙。该手性超材料覆层包括介质基板和印制在介质基板上的至少一 组互扭Z字形的频率选择表面单元组。每组互扭Z字形的频率选择表面单元组由对称印制 在介质基板上表面的上层频率选择单元和印制在介质基板下表面的下层互扭Z字形的频 率选择表面单元组成。上层频率选择单元和下层频率选择单元各由3个完全相同的Z字形 的金属条组合而成，这3个Z字形的金属条的中部连接在一起形成一个共同的中心，且3个 Z字形的金属条关于这个共同的中心形成中心对称分布。上层频率选择单元和下层频率选 择单元同的结构和尺寸完全一致。上层频率选择单元和下层频率选择单元的中心正对，但 金属条的旋向相反。 上述方案中，所述同轴线接头为SMA接头。 上述方案中，所述波导同轴转换器还包括有可调配螺钉。该可调配螺钉安装在矩 形波导的右侧壁上，并置于矩形波导腔体内正中间轴线上。可调配螺钉旋入矩形波导腔体 内。 上述方案中，所述金属隔板与方形波导的左侧壁和右侧壁的距离相等，此时方形 波导的内腔分隔为左右2个大小相同的矩形的腔体。 上述方案中，所述金属隔板位于波导同轴转换器的左侧壁的正上方，且两者处于 同一垂直平面上，此时矩形波导的腔体的横截面积与方形波导的右部腔体的横截面积相 同。 上述方案中，所述金属隔板的阶梯为5级。 上述方案中，所述矩形波导和方形波导通过一体加工形成整体的梯形体结构。 上述方案中，所述手性超材料覆层上印制的互扭Z字形的频率选择表面单元组为 多个，且这些互扭Z字形的频率选择表面单元组在介质基板上呈矩阵排列。 上述方案中，所述上层频率选择单元和下层频率选择单元在圆周方向上错开一定 角度。 上述方案中，矩形波导、方形波导、金属隔板和天线口径均为铝制。 与现有技术相比，本专利技术具有以下特征： 1、通过波导终端短路的方式进行单馈电。这种馈电方式相较于传统复杂的双馈电 方式而言，其性能更稳定，且可以避免不能保证激励源为等幅的缺陷以致影响极化性能的 情况。这种馈电方式相较于加反射背腔的单馈方式而言，其结构更简单，体积进一步缩小， 节省了装备空间，并更易于安装。 2、采用可调配螺钉调节同轴馈电与波导之间的阻抗匹配，调节驻波时主要调节螺 钉旋入腔体内的深浅和位置，进而实现良好的阻抗特性，并拓展带宽，且更易于操控。 3、实现了馈电部分的小型化，满足了通信装置小型化、轻量化的发展需求，应用前 景广阔。 4、极化器采用的是阶梯状金属隔板，其机械加工简单、调试难度小。 5、缩短了天线口径的纵向长度，且在有限的尺寸情况下能够实现较高的增益，同 时具有良好的阻抗匹配以及圆极化特性。 6、在喇叭天线上方加载手性超材料覆层，手性超材料覆层可对圆极化波产生近零 折射特性，使得天线在工作频段内获得高增益、低轴比特性。 7、手性超材料覆层采用的是互扭Z字形频率选择表面，成本低、机械加工简单。【附图说明】 图1为一种基于C波段的圆极化喇叭天线的立体结构示意图。 图2为图1的前视图。 图3为图1的侧视图。 图4为手性超材料覆层的一个单元结构立体放大示意图。 图5为本专利技术新型圆极化喇叭天线的回波损耗曲线图。 图6为本专利技术新型圆极化喇叭天线的轴比曲线图。 图7为本专利技术新型圆极化喇叭天线的辐射方向图。 图中标号：1、波导同轴转换器；1-1、同轴线接头；1-2、矩形波导；1-3、可调配螺 钉；2、圆极化器；2-1、金属隔板；2-2、方形波导；3、天线口径；4、手性超材料覆层；4-1、介 质基板；4-2、频率选择表面单元组。【具体实施方式】 下面结合附图及【具体实施方式】对本专利技术做进一步详细说明。 一种基于C波段的圆极化喇叭天线，如图1-3所示，其主要由波导同轴转换器1、圆 极化器2、天线口径3和手性超材料覆层4组成。波导同轴转换器1过渡到圆极化器2,圆 极化器2过渡到天线口径3,天线口径3面加载手性超材料覆层4。 所述天线口径3为一上下贯通的角锥形喇叭体。 所述波导同轴转换器1包括同轴线接头1-1、矩形波导1-2和可调配螺钉1-3。矩 形波导1-2为一密闭的矩形腔体。矩形波导1-2的上表面完全开口。矩形波导1-2的下表 面形成转化波导短路端。同轴线接头1-1安装在矩形波导1-2的左侧壁上，且距离左侧壁的 转化波导短路端约1/4波长的位置。在本实施例中，所述同轴线接头1-1为SMA接头。可 调配螺钉1-3安装在矩形波导1-2的右侧壁上，并置于矩形波导1-2腔体内正中间轴线上， 即在前后方向上，可调配螺钉1-3距离矩形波导1-2的前侧壁和后侧壁的距离相等。可调 配螺钉1-3垂直于矩形波导1-2的右侧壁，并旋入矩形波导1-2腔体内。可调配螺钉1-3 与转化波导短路端和上宽壁有一定的距离。 所述圆极化器2包括金属隔板2-1和方形波导2-2。方形波导2-2为一密闭的方 形腔体。方形波导2-2的上表面完全开口，该开口与天线口径3的下开口的截面积相等且 相互连通。方形波导2-2的下表面的右半部分开口，该开口与波导同轴转换器1的矩形波导 1- 2开口的截面积相等且相互连通。方形波导2-2的下开口与矩形波导1-2的上开口之间 可以通过法兰盘实现连通，也可以通过一体加工形成整体的梯形体结构。方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于C波段的圆极化喇叭天线，其特征在于：由波导同轴转换器(1)、圆极化器(2)、天线口径(3)和手性超材料覆层(4)组成；其中所述天线口径(3)为一上下贯通的角锥形喇叭体；所述波导同轴转换器(1)包括同轴线接头(1‑1)和矩形波导(1‑2)；矩形波导(1‑2)为一密闭的矩形腔体；矩形波导(1‑2)的上表面完全开口；矩形波导(1‑2)的下表面形成转化波导短路端；同轴线接头(1‑1)安装在矩形波导(1‑2)的左侧壁上；所述圆极化器(2)包括金属隔板(2‑1)和方形波导(2‑2)；方形波导(2‑2)为一密闭的方形腔体；方形波导(2‑2)的上表面完全开口，该开口与天线口径(3)的下开口相连通；方形波导(2‑2)的下表面的右半部分开口，该开口与波导同轴转换器(1)的矩形波导(1‑2)的开口相连通；方形波导(2‑2)的下表面的左半部分形成极化波导短路端；金属隔板(2‑1)呈正向阶梯形；金属隔板(2‑1)垂直设置在方形波导(2‑2)的正中间，并将方形波导(2‑2)的内腔分隔为左右2个矩形的腔体；所述手性超材料覆层(4)位于天线口径(3)的正上方，并与天线口径(3)之间存在一定间隙；该手性超材料覆层(4)包括介质基板(4‑1)和印制在介质基板(4‑1)上的至少一组互扭Z字形的频率选择表面单元组(4‑2)；每组互扭Z字形的频率选择表面单元组(4‑2)由对称印制在介质基板(4‑1)上表面的上层频率选择单元和印制在介质基板(4‑1)下表面的下层互扭Z字形的频率选择表面单元组(4‑2)成；上层频率选择单元和下层频率选择单元各由3个完全相同的Z字形的金属条组合而成，这3个Z字形的金属条的中部连接在一起形成一个共同的中心，且3个Z字形的金属条关于这个共同的中心形成中心对称分布；上层频率选择单元和下层频率选择单元同的结构和尺寸完全一致；上层频率选择单元和下层频率选择单元的中心正对，但金属条的旋向相反。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹卫平，于俊辉，宋志群，李思敏，刘扬清，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，中国电子科技集团第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：广西;45