一种基于宽带正交模耦合器的双极化波纹喇叭天线，包括圆波导，圆波导的喇叭口面一端加载设置轴向波纹结构，另一端设置多阶梯十字转门结构，多阶梯十字转门结构由双圆柱结构和四个阶梯矩形波导段构成，四个阶梯矩形波导段在一端连接，呈十字结构，十字结构与圆波导以及双圆柱结构的轴向垂直，双圆柱结构设置在十字结构中心位置的内部；阶梯矩形波导段的另一端通过E面弯转结构连接Y型功率合成结构，Y型功率合成结构有两个，每个Y型功率合成结构连接在相对的E面弯转结构之间，每个Y型功率合成结构通过3节切比雪夫阻抗匹配结构与脊馈电结构连接。本发明专利技术可在保证高隔离，高交叉极化鉴别度和稳定半功率波瓣宽度的同时，提升天线的工作带宽。工作带宽。工作带宽。
【技术实现步骤摘要】
一种基于宽带正交模耦合器的双极化波纹喇叭天线
[0001]本专利技术属于天线
，特别涉及一种基于宽带正交模耦合器的双极化波纹喇叭天线，可作为紧缩场测量系统的馈源。
技术介绍
[0002]紧缩场测试技术是目前广泛使用的一种在微波和毫米波暗室中产生伪平面波来测量天线的技术。紧缩场同样是研究电磁散射的重要测试设备，也是高性能雷达天线测试、卫星整星测试、飞机反射特性测试等系统性能测试的重要基础设施。随着时代的发展，测试天线的要求也越来越高，对高性能紧缩场馈源的需求也越来越多。目前形势下，紧缩场馈源朝着宽带、宽波束、低交叉极化、半功率波瓣宽度稳定、对称辐射方向图发展。在宽频带测试中，宽带馈源可以减少更换馈源的次数，避免因更换馈源导致的测试精度下降等问题。
[0003]四脊喇叭因其宽带特性被广泛研究，但是四脊喇叭天线有很大的弊端，随着频率的增高，其增益呈直线上升趋势，导致辐射口面电场分布在工作带宽内不一致，频带内半功率波瓣宽度不稳定且辐射方向图在高频容易出现不对称，主瓣分裂等情况，这严重影响测试的结果。目前涉及到单独用脊来提升馈源带宽的天线很难保证在宽带的同时其辐射特性还优异。
[0004]正交模耦合器是一种利于双极化设计，可以实现优异的极化隔离的馈电方式，但依然存在着带宽受限的问题，工作带宽一般为1.5:1。2018年Zinan Ni等人设计了一种基于正交模耦合器的波纹喇叭天线，通过正交模耦合器不同通道的传输，实现了良好的极化隔离和低电压驻波比，可以工作在10GHz～15GHz。缺点是其本身的带宽还是局限在1.5倍频以内，在天线测试中还需频繁更换馈源，因此在工作带宽方面还存在提高空间。
技术实现思路
[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于宽带正交模耦合器的双极化波纹喇叭天线，主要解决现有紧缩场馈源的带宽窄，半功率波瓣宽度不够稳定，交叉极化鉴别度低等问题，从改善馈源性能的角度去提升整个紧缩场测试系统的测试性能。所设计的双极化波纹喇叭天线在6.3GHz～12GHz的频率范围内，保证高隔离，高交叉极化鉴别度和稳定的半功率波瓣宽度的同时，提升天线的工作带宽。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于宽带正交模耦合器的双极化波纹喇叭天线，包括圆波导，所述圆波导的喇叭口面一端加载设置轴向波纹结构，另一端设置多阶梯十字转门结构，所述多阶梯十字转门结构由双圆柱结构和四个阶梯矩形波导段构成，所述四个阶梯矩形波导段在一端连接，呈十字结构，所述十字结构与所述圆波导以及所述双圆柱结构的轴向垂直，所述双圆柱结构由两节圆柱沿轴向连接组成，设置在十字结构中心位置的内部；阶梯矩形波导段的另一端通过E面弯转结构连接Y型功率合成结构，所述Y型功率合成结构有两个，每个Y型功率合成结构连接在相对的E面弯转结构之间，每个Y型功率合成结构通过3节切比雪夫阻抗匹
配结构与脊馈电结构连接。
[0008]在一个实施例中，所述轴向波纹结构由三个波纹环槽构成，所述三个波纹环槽由三个不同半径的圆环在所述圆波导的喇叭口面一端间隔形成，自内向外依次为波纹环槽一、波纹环槽二和波纹环槽三，三个波纹环槽的径向宽度相等，深度不相等。
[0009]在一个实施例中，所述波纹环槽一的深度为6GHz波长的四分之一；波纹环槽二的深度为6GHz波长的四分之一；波纹环槽三的深度为10GHz波长的四分之一。
[0010]在一个实施例中，所述四个阶梯矩形波导段的形状尺寸完全相同，每个所述阶梯矩形波导段由多段高度相同、宽度由中心连接一端向另一端递减的矩形波导依次相连，呈阶梯状；所述双圆柱结构中，两节圆柱同轴，其中远离所述圆波导的一节圆柱的半径大于靠近所述圆波导的一节圆柱的半径；远离所述圆波导的一节圆柱的底面与十字结构中心位置的内底面共面，靠近所述圆波导的一节圆柱的顶面与十字结构中心位置的内顶面具有间距。
[0011]在一个实施例中，组成所述阶梯矩形波导段的矩形波导的宽度变动差值呈三角变化，所述差值即前一个矩形波导的宽度减去后一个矩形波导的宽度，沿中心连接一端向另一端，差值由低到高再到低。
[0012]在一个实施例中，所述E面弯转结构由阶梯过渡结构、圆弧过渡结构和矩形波导结构构成，所述阶梯过渡结构为E面弯转结构的上弯转结构，所述圆弧过渡结构为E面弯转结构的下弯转结构，所述矩形波导结构靠近所述圆波导的喇叭口面的一端通过所述E面弯转结构与所述阶梯矩形波导段的另一端连接，远离所述圆波导的喇叭口面的一端通过所述圆弧过渡结构与Y型功率合成结构以及3节切比雪夫阻抗匹配结构连接；所述阶梯过渡结构是由不同尺寸的矩形块构成台阶状结构，用于连接互相垂直的矩形波导；所述双圆弧过渡结构由两个不同半径的圆弧连接互相垂直的矩形波导。
[0013]在一个实施例中，所述Y型功率合成结构由T型块实现对信号的分离，T型块位于Y型功率合成结构的中心，所述T型块的两翼与矩形波导结构的内侧边通过所述圆弧过渡结构的内侧圆弧连接；所述3节切比雪夫阻抗匹配结构由不同尺寸的矩形波导连接构成，通过所述圆弧过渡结构的外侧圆弧与矩形波导结构的外侧边连接。
[0014]在一个实施例中，所述脊馈电结构包括顶部开口矩形波导，顶部开口矩形波导内设置上脊板和下脊板，上脊板和下脊板形成渐阔开口，该渐阔开口朝向顶部开口矩形波导的开口端，也即朝向所述圆波导的喇叭口面一端，所述顶部开口矩形波导的波导壁和所述上脊板开设通孔，馈电同轴线从该通孔穿过，与下脊板连接。
[0015]在一个实施例中，所述脊馈电结构的脊板两侧直角上均有圆角结构。
[0016]在一个实施例中，相对的两个E面弯转结构之间连接Y型功率合成结构和3节切比雪夫阻抗匹配结构，所述3节切比雪夫阻抗匹配结构位于所述Y型功率合成结构下方，连接Y型功率合成结构与脊馈电结构。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018]第一，本专利技术通过对正交模耦合器内的十字转门结构进行阶梯渐变，通过调整矩形波导变化段的矩形波导宽边尺寸和矩形波导数量来抑制高阶模式，可以提升正交模耦合器的工作带宽，从常规的1.5倍频提升到1.9倍频。
[0019]第二，本专利技术的十字转门结构相对于辐射段圆波导可以认为是差分波导馈电，四
个方向的矩形波导分别分布在圆波导的四周，相对的一组矩形波导的信号等幅反向，实现对称激励。由于其空间结构上的对称性，根据波导模式奇偶禁戒规则，可以抑制高阶模式，提升圆波导内的主模带宽，配合多阶梯十字转门结构，可以提升天线的带宽。
[0020]第三，本专利技术轴向波纹结构的三个槽宽度相同但深度不同，主要用于调整天线的增益，保证频带内半功率波瓣宽度的稳定。通过在喇叭圆波导壁口面加载了三个槽的轴向波纹结构，槽深分别对应低频和高频的四分之一波长，使得天线具有稳定较宽的半功率波瓣宽度，同时降低了天线的交叉极化水平。
[0021]本专利技术基于轴向波纹槽、阶梯式正交模耦合器和脊馈电结构的设计，实现了宽带、半功率波瓣宽度稳定、高端口隔离度和高本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于宽带正交模耦合器的双极化波纹喇叭天线，其特征在于，包括圆波导(2)，所述圆波导(2)的喇叭口面一端加载设置轴向波纹结构(1)，另一端设置多阶梯十字转门结构(3)，所述多阶梯十字转门结构(3)由双圆柱结构(32)和四个阶梯矩形波导段(31)构成，所述四个阶梯矩形波导段(31)在一端连接，呈十字结构，所述十字结构与所述圆波导(2)以及所述双圆柱结构(32)的轴向垂直，所述双圆柱结构(32)由两节圆柱沿轴向连接组成，设置在十字结构中心位置的内部；阶梯矩形波导段(31)的另一端通过E面弯转结构(4)连接Y型功率合成结构(5)，所述Y型功率合成结构(5)有两个，每个Y型功率合成结构(5)连接在相对的E面弯转结构(4)之间，每个Y型功率合成结构(5)通过3节切比雪夫阻抗匹配结构(6)与脊馈电结构(7)连接。2.根据权利要求1所述基于宽带正交模耦合器的双极化波纹喇叭天线，其特征在于，所述轴向波纹结构(1)由三个波纹环槽构成，所述三个波纹环槽由三个不同半径的圆环在所述圆波导(2)的喇叭口面一端间隔形成，自内向外依次为波纹环槽一(11)、波纹环槽二(12)和波纹环槽三(13)，三个波纹环槽的径向宽度相等，深度不相等。3.根据权利要求2所述基于宽带正交模耦合器的双极化波纹喇叭天线，其特征在于，所述波纹环槽一(11)的深度为6GHz波长的四分之一；波纹环槽二(12)的深度为6GHz波长的四分之一；波纹环槽三(13)的深度为10GHz波长的四分之一。4.根据权利要求1所述基于宽带正交模耦合器的双极化波纹喇叭天线，其特征在于，所述四个阶梯矩形波导段(31)的形状尺寸完全相同，每个所述阶梯矩形波导段(31)由多段高度相同、宽度由中心连接一端向另一端递减的矩形波导依次相连，呈阶梯状；所述双圆柱结构(32)中，两节圆柱同轴，其中远离所述圆波导(2)的一节圆柱的半径大于靠近所述圆波导(2)的一节圆柱的半径；远离所述圆波导(2)的一节圆柱的底面与十字结构中心位置的内底面共面，靠近所述圆波导(2)的一节圆柱的顶面与十字结构中心位置的内顶面具有间距。5.根据权利要求4所述基于宽带正交模耦合器的双极化波纹喇叭天线，其特征在于，组成所述阶梯矩形波导段(31)的矩形波导的宽度变动差值呈三角变化，所述差值即前一个矩形波导的宽度减去后一个矩形波导的宽度，沿中心连接一端向另一端，差值由低到高再到低...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪涛，陈虎，胡伟，高雨辰，姜文，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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