一种低剖面超宽带端射天线制造技术

一种低剖面超宽带端射天线，包括波导结构体、金属脊和陶瓷体；所述金属脊被包裹设于所述波导结构体内中，其下端面设有左端低、右端高的第一倾斜面，所述第一倾斜面与所述波导结构体之间形成有容纳腔，所述陶瓷体的一端插装在所述容纳腔内，且其设有左端低、右端高的第二倾斜面，所述第二倾斜面与所述第一倾斜面相贴合；所述陶瓷体的另一端沿所述波导结构体的长度方向向外延伸，且其另一端的下端面设有左端低、右端高的第三倾斜面。本专利采用的陶瓷材料插入波导结构体的内部，其插入部分为高度渐变结构，该结构可实现波导内部不连续结构的阻抗缓慢过渡，也能实现波导内TE

【技术实现步骤摘要】
一种低剖面超宽带端射天线


[0001]本专利技术涉及通信设备领域，尤其是一种低剖面超宽带端射天线。

技术介绍

[0002]在现代无线通信、雷达系统、电子对抗等军民领域中，端射天线对于导航、目标的跟踪和定位、远距离探测等应用发挥着不可或缺的作用。尤其在机载和舰载等系统中，端射天线通常需要放置于或者嵌入导体表面，以实现与载体的共形，从而减小载体高速运动时带来的空气阻力。同时，飞速发展的无线通信技术也要求端射天线能实现超宽带性能，以增大通信容量、提高频率利用率、提高雷达分辨率和测距范围等。而为了节省系统空间，通常需要天线具有较小的体积和较低的剖面。
[0003]传统的端射天线例如八木和Vivaldi天线虽然能实现宽带低剖面性能，但是它们均为水平极化天线，一旦天线结构靠近金属地板，由于镜像效应的影响，天线性能将会急剧恶化，因此不能直接装载在金属载体上。因此，为了解决这一问题，如何实现能与金属载体共形的低剖面超宽带端射天线，一直是天线领域的研究热点。
[0004]目前，有以下几类方式能实现能与金属载体共形的端射天线：第一种是利用超阻抗表面结构或者背腔结构放置于传统的八木天线或者Vivaldi天线下方，但是超阻抗表面为谐振结构，带宽很窄；同时背腔结构需具有0.25波长的高度，非低剖面结构。第二种为单极子对数周期天线，传统的单极子天线的长度为0.25波长，对其进行顶盘加载可以有效降低单极子的长度从而实现天线的低剖面特性。但是该类天线为非平面结构，当其装置于高速运动的载体上时，会引入空气阻力。第三种为H面喇叭天线，该天线基于波导结构，其口径沿着H面扩展，具有端射低剖面特性。但是，该天线很难实现其口径处与自由空间过渡的宽带匹配，因此，一般带宽较窄。

技术实现思路

[0005]针对上述缺陷，本专利提出了一种基于波导结构的端射天线，同时具有低剖面和超宽带特性，并且适用于装载或嵌入导电载体。该天线表面还可设计成具有不同曲率的曲面形式，以形成共形天线。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提出了一种低剖面超宽带端射天线，包括波导结构体、金属脊和陶瓷体；
[0007]所述金属脊被包裹设于所述波导结构体内中，其下端面设有左端低、右端高的第一倾斜面，所述第一倾斜面与所述波导结构体之间形成有容纳腔，所述陶瓷体的一端插装在所述容纳腔内，且其设有左端低、右端高的第二倾斜面，所述第二倾斜面与所述第一倾斜面相贴合；
[0008]所述陶瓷体的另一端沿所述波导结构体的长度方向向外延伸，且其另一端的下端面设有左端低、右端高的第三倾斜面。
[0009]优选地，所述陶瓷体的一端还设有竖直壁面，所述竖直壁面由所述第二倾斜面的
右端竖直向上延伸形成，相适应地，所述陶瓷体的一端插装在所述容纳腔时，其竖直壁面与所述波导结构体的侧壁面相贴合。
[0010]优选地，还包括同轴连接件，其由具有同一中心轴的内导体、外导体以及两者之间的绝缘体组成，所述同轴连接件设于所述波导结构体的底部，其内导体与所述金属脊连接，其外导体与所述波导结构体连接。
[0011]优选地，所述同轴连接件的形状为圆柱状或圆锥状。
[0012]优选地，所述陶瓷体的另一端底部被导电地板承接，所述导电地板包括倾斜端和水平段，所述倾斜端与所述陶瓷体的另一端底部相贴合，其一端与所述波导结构体相抵，另一端与所述水平段的一端连接，所述水平段的另一端沿着平行于所述波导结构体的上端面的方向延伸。
[0013]优选地，所述波导结构体设有一端开口的中空内腔，所述金属脊设于所述中空内腔，所述陶瓷体的一端适应性从所述中空内腔的开口插装到所述波导结构体内，并通过所述第二倾斜面对所述金属脊实现承托，且对所述中空内腔的开口实现封堵；
[0014]所述金属脊、所述陶瓷体与所述中空内腔之间的空置部位被介质填充。
[0015]优选地，所述介质为特氟龙。
[0016]优选地，所述端射天线的长
×
宽
×
高尺寸为186mm
×
20mm
×
9.6mm，所述金属脊的长
×
宽
×
高尺寸为106mm
×
7mm
×
8.2mm，且其高度由8.2mm线性渐变到4mm，渐变长度为75mm；
[0017]所述陶瓷体的相对介电常数为ε
r
＝10，其第二倾斜面部分的渐变长度为97.5mm，第三倾斜面部分的高度由9.6mm线性渐变到1mm，渐变长度为70mm。
[0018]传统上，基于波导的端射天线多见于H面喇叭天线，但是当天线剖面很低时，其辐射口径相对于波长很小，此时天线近场存储着大量的非辐射能量，且天线的辐射电阻很低，难以与自由空间匹配。现有技术利用在辐射口径处加载介质棒，可以有效改善口径与自由空间的匹配，但是该方法仅局限于在窄带内的性能改善，仍难以在宽带尤其是超宽带范围内实现良好匹配，因此该类天线目前仍难以同时实现低剖面和宽带特性。如何在保持波导类天线低剖面的条件下，实现天线的超宽带匹配和端向辐射，是本专利要解决的主要技术问题。
[0019]本专利在波导结构体的口径处加载了接地渐变的陶瓷材料(陶瓷体)，陶瓷材料的高介电常数能有效降低天线的高度，并且利用高度渐变以实现陶瓷介质与自由空间的过渡段的阻抗良好匹配，同时能在超宽带范围内实现表面波的辐射，从而形成超宽带端射特性。
[0020]再而，本专利采用脊波导结构(金属脊)，该结构能有效降低波导内TE
10
模的截止频率，从而扩大主模工作带宽，同时相比于传统的波导能有效减小波导宽度，实现天线结构的紧凑化。
[0021]本专利采用的陶瓷材料插入波导结构体的内部，其插入部分为高度渐变结构，该结构可实现波导内部不连续结构的阻抗缓慢过渡，也能实现波导内TE
10
模到波导口径处TM0模表面波的缓慢过渡，从而获得宽带匹配。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术中端射天线的一实施例的立体结构示意图；
[0024]图2为本专利技术中端射天线的一实施例的竖向剖视图；
[0025]图3为本专利技术中端射天线的一实施例的俯视图；
[0026]图4为本专利技术中端射天线的VSWR曲线图；
[0027]图5为本专利技术中端射天线在频率f＝3GHz时的E面和H面辐射方向图；
[0028]图6为本专利技术中端射天线在频率f＝5GHz时的E面和H面辐射方向图；
[0029]图7为本专利技术中端射天线在频率f＝8GHz时的E面和H面辐射方向图；
[0030]附图标号说明：
[0031]波导结构体1；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低剖面超宽带端射天线，其特征在于：包括波导结构体、金属脊和陶瓷体；所述金属脊被包裹设于所述波导结构体内中，其下端面设有左端低、右端高的第一倾斜面，所述第一倾斜面与所述波导结构体之间形成有容纳腔，所述陶瓷体的一端插装在所述容纳腔内，且其设有左端低、右端高的第二倾斜面，所述第二倾斜面与所述第一倾斜面相贴合；所述陶瓷体的另一端沿所述波导结构体的长度方向向外延伸，且其另一端的下端面设有左端低、右端高的第三倾斜面。2.根据权利要求1所述的低剖面超宽带端射天线，其特征在于：所述陶瓷体的一端还设有竖直壁面，所述竖直壁面由所述第二倾斜面的右端竖直向上延伸形成，相适应地，所述陶瓷体的一端插装在所述容纳腔时，其竖直壁面与所述波导结构体的侧壁面相贴合。3.根据权利要求1所述的低剖面超宽带端射天线，其特征在于：还包括同轴连接件，其由具有同一中心轴的内导体、外导体以及两者之间的绝缘体组成，所述同轴连接件设于所述波导结构体的底部，其内导体与所述金属脊连接，其外导体与所述波导结构体连接。4.根据权利要求3所述的低剖面超宽带端射天线，其特征在于：所述同轴连接件的形状为圆柱状或圆锥状。5.根据权利要求1所述的低剖面超宽带端射天线，其特征在于：所述陶瓷体的另一端底部被导电地板承接，所述导电地板包括倾斜端和水平段，所述倾斜端与所述陶瓷体的另一端底部相贴合，其一端与所述波导结构体相抵，另一端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卓著，曾子铭，徐莎，胡振欣，张俊，郭春炳，章国豪，
申请(专利权)人：河源广工大协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：