一种波纹喇叭天线

专利摘要:
本公开提供了一种波纹喇叭天线，波纹喇叭天线的外壁设置有第一损耗部，第一损耗部将外壁包围一周，第一损耗部为电磁波损耗材料。本公开实施例的波纹喇叭天线在宽角度内的相位稳定性较好，并且在各个辐射面的相位中心一致性较好。
公开号:CN214336929U
申请号:CN202120417229.0U
申请日:2021-02-25
公开日:2021-10-01
发明作者:漆一宏；蔡张华
申请人:GENERAL TEST SYSTEMS Inc；
IPC主号:H01Q13-02

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种波纹喇叭天线。
[n0002] 天线是无线通信中必不可少的发射和接收电磁波的器件，天线的性能决定了电磁能量在空间传输的效率。随着通信技术的飞速发展，人们对天线的性能提出了越来越高的要求。
[n0003] 波纹喇叭天线具有宽频带、低副瓣、结构简单等优点，既可以独立作为天线使用，也可以作为卫星通信、射电望远镜或紧缩场测试系统中反射面天线的馈源使用。在一些应用场景中，要求波纹喇叭天线具有稳定的相位中心。
[n0004] 本公开描述了一种波纹喇叭天线。
[n0005] 根据本公开的实施例的第一方面，提供一种波纹喇叭天线，波纹喇叭天线的外壁设置有第一损耗部，第一损耗部将外壁包围一周，第一损耗部为电磁波损耗材料。
[n0006] 根据波纹喇叭天线的一个实施例，第一损耗部为介电材料或磁性材料。
[n0007] 根据波纹喇叭天线的一个实施例，第一损耗部不低于外壁。
[n0008] 根据波纹喇叭天线的一个实施例，外壁与第一损耗部之间设置有过渡损耗部，过渡损耗部为电磁波损耗材料。
[n0009] 根据波纹喇叭天线的一个实施例，过渡损耗部为半导体材料。
[n0010] 根据波纹喇叭天线的一个实施例，波纹喇叭天线至少位于最外侧的波纹槽中设置有第二损耗部，第二损耗部为电磁波损耗材料。
[n0011] 根据波纹喇叭天线的一个实施例，第二损耗部与波纹槽的两个侧壁相接触。
[n0012] 根据波纹喇叭天线的一个实施例，第二损耗部设置于位于外侧的1～3个所述波纹槽中。
[n0013] 根据波纹喇叭天线的一个实施例，第二损耗部的高度等于波纹槽的深度。
[n0014] 根据波纹喇叭天线的一个实施例，第二损耗部为介电材料。
[n0015] 本公开的实施例通过损耗部的设置抑制了波纹喇叭天线的边缘绕射，减小了喇叭边缘的表面电流，从而提高了波纹喇叭天线在宽角度内的相位稳定性，并降低了各个辐射面相位中心的不一致性。
[n0016] 图1a是本公开根据一个实施例示出的波纹喇叭天线的示意图。
[n0017] 图1b是图1a中沿轴线Y的剖视图。
[n0018] 图2a是本公开根据一个实施例示出的波纹喇叭天线的示意图。
[n0019] 图2b是图2a中沿轴线Y′的剖视图。
[n0020] 图3a是本公开根据一个实施例示出的波纹喇叭天线的示意图。
[n0021] 图3b是图3a中沿轴线Y″的剖视图
[n0022] 图4是相关技术中的波纹喇叭天线的示意图。
[n0023] 图5是相关技术中的波纹喇叭天线在24GHz下宽角度的相位波动示意图。
[n0024] 图6是本公开根据一个实施例示出的波纹喇叭天线在24GHz下宽角度的相位波动示意图。
[n0025] 图7是本公开根据一个实施例示出的波纹喇叭天线在24GHz下宽角度的相位波动示意图。
[n0026] 图8是相关技术中的波纹喇叭天线在32GHz下宽角度的相位波动示意图。
[n0027] 图9是本公开根据一个实施例示出的波纹喇叭天线在32GHz下宽角度的相位波动示意图。
[n0028] 图10是本公开根据一个实施例示出的波纹喇叭天线在32GHz下宽角度的相位波动示意图。
[n0029] 图11是相关技术中的波纹喇叭天线在40GHz下宽角度的相位波动示意图。
[n0030] 图12是本公开根据一个实施例示出的波纹喇叭天线在40GHz下宽角度的相位波动示意图。
[n0031] 图13是本公开根据一个实施例示出的波纹喇叭天线在40GHz下宽角度的相位波动示意图。
[n0032] 以下参照附图描述本公开的实施例。应当理解，附图不是必须为等比例的。描述的实施例是示例性的，而非旨在限制本公开，可以以相同方式或类似方式与实施例的特征组合或替代这些特征。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[n0033] 波纹喇叭天线具有宽频带、低副瓣、结构简单等优点，既可以独立作为天线使用，也可以作为卫星通信、射电望远镜或紧缩场测试系统中反射面天线的馈源使用。波纹喇叭天线在其内壁设置了波纹槽，波纹槽起到扼流的作用，能够减少电磁波在喇叭边缘的绕射，改善波瓣图的对称性并减少交叉极化(H面内的E场分量)。
[n0034] 在无线测试中，波纹喇叭天线常用作一系列反射面系统如紧缩场系统(CompactAntenna Test Range,CATR)的馈源，紧缩场系统采用高精度的反射面在近距离内提供一个准平面波测试区，从而在较小的电波暗室中模拟远场的电磁环境。紧缩场系统广泛应用于天线、天线罩和低雷达截面目标的测试。在紧缩场系统中，馈源的特性对整个紧缩场系统的性能有很大的影响。馈源的相位中心是否准确置于紧缩场反射面的焦点处直接影响了静区场性能的好坏。相位中心在工程上的概念是：把喇叭天线的中轴线上的某一位置作为参照点，在规定的球面范围内，天线在这点位置的相位辐射方向图上，最大相位和最小相位的差值不超过设计上要求的值，如此，这个点就能够被看作是天线的相位中心。馈源的相位中心会随着频率的变化而移动，相位误差损失是不可避免的，如果馈源在一定角度内的相位波动较大，会造成紧缩场静区的幅相特性大幅恶化，因此提高宽频带宽角度内的相位中心稳定性具有很大的意义。波纹喇叭拥有较为稳定的相位中心，在喇叭内部，波纹槽可以引导电流走向，并且扼制有害的轴向电流，但是在喇叭边缘及外壁，电流相对杂乱，这会对辐射性能造成不利的影响，导致喇叭天线在宽角度内仍然存在较大的相位波动，并且不同辐射面的相位中心存在差异。
[n0035] 鉴于此，本公开的一方面实施例提供了一种波纹喇叭天线，参照图1a-1b，波纹喇叭天线的外壁900设置有第一损耗部100，第一损耗部100为环形，将外壁900包围一周，第一损耗部100为电磁波损耗材料。第一损耗部通过损耗作用减小了波纹喇叭天线的外壁上的表面电流，该表面电流至少部分来自喇叭天线开口边缘的绕射电流，通过对这部分表面电流的抑制作用，提高了波纹喇叭天线在宽角度内的相位中心稳定性，并降低了各个辐射面相位中心的不一致性。可选地，第一损耗部100的不低于外壁900，也就是说，第一损耗部100的顶部与外壁900的顶部齐平，或者第一损耗部100的顶部高于外壁900的顶部，以能够充分吸收外壁900的表面电流。第一损耗部100的形状不限于图1a-1b所示，它可以包括经过设计的特定形状。
[n0036] 进一步地，参照图2a-2b，本公开的波纹喇叭天线在前述第一损耗部100的基础上，还可以在外壁900与第一损耗部100之间设置过渡损耗部300，过渡损耗部300为电磁波损耗材料。过渡损耗部300可以用作波纹喇叭天线的金属外壁900与第一损耗部100之间的过渡阻抗匹配，同时，过渡损耗部300也具有一定的损耗作用，可以在一定程度上避免在金属外壁900的边缘形成强烈的反射信号。
[n0037] 进一步地，参照图3a-3b，本公开的波纹喇叭天线在前述第一损耗部100的基础上，或者在前述第一损耗部100和过渡损耗部300的基础上，还可以在至少位于最外侧的波纹槽中设置第二损耗部200，第二损耗部200为电磁波损耗材料。第二损耗部200可以通过损耗作用抑制波纹喇叭天线的开口边缘附近的表面电流。第二损耗部200的形状不限于图3a-3b所示，它可以包括经过设计的特定形状，例如顶部可以具有非平面的形状，或者可以包括不连续的多个子结构，等等。可选地，第二损耗部200与波纹槽的两个侧壁相接触，以加强损耗作用。
[n0038] 第二损耗部200的高度可以大致等于波纹槽的深度，避免第二损耗部200太低而损耗效果不佳，或者太高而对主辐射造成遮挡，可选地，第二损耗部200的高度等于波纹槽的深度。
[n0039] 设有第二损耗部的波纹槽的数量不限于图3a-3b所示，可选地，第二损耗部设置于位于外侧的1～3个波纹槽中。可以理解的是，波纹喇叭天线的主辐射能量集中在靠近中心的部分，靠近外侧的电流对主辐射的贡献不大，反而会影响喇叭的交叉极化、对称性等性能。当波纹喇叭天线包括数量较多的波纹槽时，根据电流分布情况可以在更多(大于3个)波纹槽中设置第二损耗部。
[n0040] 在此对各实施例中的第一损耗部、第二损耗部以及过渡损耗部的材料进行说明。第一损耗部、第二损耗部以及过渡损耗部采用的都是电磁波损耗材料。具体地，第一损耗部可以选用介电材料或磁性材料，介电材料的损耗机理为介质极化弛豫损耗，具体而言，例如可以为混有导电粉末的聚合物复合材料，磁性材料的损耗机理主要为铁磁共振吸收，具体而言，例如可以为混有金属或者铁氧体粉末的聚合物复合材料。过渡损耗部可以选用半导体材料，利用半导体材料导引电流的作用实现第一损耗部和天线外壁之间的过渡阻抗匹配。第二损耗部可以选用介电材料，以避免对辐射造成干扰。
[n0041] 需要说明的是，相关技术中，波纹喇叭天线的结构不限于前述实施例的附图所示，参照图4，图4示意了另一种结构的波纹喇叭天线，同样具有多个波纹槽，本公开的技术方案亦适用于此种结构的波纹喇叭天线，在此不再赘述。
[n0042] 在此对本公开的技术方案的技术效果进行示例性说明。参照图5-7，图5-7示意了不同的波纹喇叭天线在24GHz下，在±30°(degree)范围内的相位的仿真结果，图中横坐标Theta为球坐标系中竖直面方向角度，Theta＝0°为波纹喇叭天线的主辐射方向，纵坐标为波纹喇叭天线主极化电场的相位，图中显示了Theta在±30°内的相位波动情况。每个图中，四条曲线分别为phi(球坐标系中水平面方向角度)为0°、45°、90°、135°时的主极化电场相位方向图。其中，图5的波纹喇叭天线为相关技术中一种典型的波纹喇叭天线，具体形式为轴向开口的圆口面波纹喇叭，包含6个波纹槽结构。作为对照，图6为设置了第一损耗部的相同结构的波纹喇叭天线，第一损耗部设于喇叭天线的外壁，将外壁完整地包围一周，且高度高于外壁。第一损耗部采用介电型的电磁波损耗材料，其相对介电常数约为1.45，损耗角正切约为0.3。而图7为设置了第一损耗部和第二损耗部的相同结构的波纹喇叭天线，其中第一损耗部设于喇叭天线的外壁，将外壁完整地包围一周，且高度高于外壁，第二损耗部设于喇叭天线在最外侧的波纹槽中，完整地填充了一周，与波纹槽的两个侧壁相接触，并且与波纹槽高度相当。第一损耗部和第二损耗部都采用介电型的电磁波损耗材料，其相对介电常数约为1.45，损耗角正切约为0.3。可以看到，在±30°的宽角度内，如图5所示，相关技术中的波纹喇叭天线的最大相位偏差约为8.1°左右，如图6所示，设置了第一损耗部的相同结构的波纹喇叭天线其最大相位偏差约为1.5°左右，如图7所示，设置了第一损耗部和第二损耗部的相同结构的波纹喇叭天线，其最大相位偏差约为1.0°左右。
[n0043] 与图5-7类似，图8-10分别为上述设置的三种波纹喇叭天线在32GHz下的宽角度的相位波动对比。可以看到，在±30°的宽角度内，相关技术中的波纹喇叭天线、设置了第一损耗部的相同结构的波纹喇叭天线、以及设置了第一损耗部和第二损耗部的相同结构的波纹喇叭天线，最大相位偏差分别约为10.0°、5.0°以及4.5°。
[n0044] 与图5-7类似，图11-13分别为上述设置的三种波纹喇叭天线在40GHz下的宽角度的相位波动对比。可以看到，在±30°的宽角度内，相关技术中的波纹喇叭天线、设置了第一损耗部的相同结构的波纹喇叭天线、以及设置了第一损耗部和第二损耗部的相同结构的波纹喇叭天线，最大相位偏差分别约为11.8°、4.2°以及3.4°。
[n0045] 由此可见，本公开的技术方案具有明显的改善相位稳定性的技术效果。
[n0046] 需要说明的是，本公开中的图均为简化的示意图，仅用于示意性地说明实施例中各部分之间的位置关系与连接关系。
[n0047] 以上描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施方式或示例中。在本公开中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
[n0048] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[n0049] 尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

权利要求:
Claims (10)
[0001] 1.一种波纹喇叭天线，其特征在于，所述波纹喇叭天线的外壁设置有第一损耗部，所述第一损耗部将所述外壁包围一周，所述第一损耗部为电磁波损耗材料。
[0002] 2.根据权利要求1所述的波纹喇叭天线，其特征在于，第一损耗部为介电材料或磁性材料。
[0003] 3.根据权利要求1所述的波纹喇叭天线，其特征在于，所述第一损耗部不低于所述外壁。
[0004] 4.根据权利要求1所述的波纹喇叭天线，其特征在于，所述外壁与所述第一损耗部之间设置有过渡损耗部，所述过渡损耗部为电磁波损耗材料。
[0005] 5.根据权利要求4所述的波纹喇叭天线，其特征在于，所述过渡损耗部为半导体材料。
[0006] 6.根据权利要求1-5中任一所述的波纹喇叭天线，其特征在于，所述波纹喇叭天线至少位于最外侧的波纹槽中设置有第二损耗部，所述第二损耗部为电磁波损耗材料。
[0007] 7.根据权利要求6所述的波纹喇叭天线，其特征在于，所述第二损耗部与所述波纹槽的两个侧壁相接触。
[0008] 8.根据权利要求6所述的波纹喇叭天线，其特征在于，所述第二损耗部设置于位于外侧的1～3个所述波纹槽中。
[0009] 9.根据权利要求6所述的波纹喇叭天线，其特征在于，所述第二损耗部的高度等于所述波纹槽的深度。
[0010] 10.根据权利要求6所述的波纹喇叭天线，其特征在于，所述第二损耗部为介电材料。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202120417229.0U|CN214336929U|2021-02-25|2021-02-25|一种波纹喇叭天线|CN202120417229.0U| CN214336929U|2021-02-25|2021-02-25|一种波纹喇叭天线|