高口径效率的喇叭天线

技术领域

本发明涉及通信用喇叭天线技术领域，尤其涉及一种高口径效率的喇叭天线。

背景技术

喇叭天线广泛应用于各种微波和毫米波应用领域，如卫星任务和测量系统。这种辐射元件的主要优点是低损耗、中/高指向性和强鲁棒性。对于空间任务来说，一个重要的挑战是设计兼具低轮廓和高孔径效率的创新喇叭结构。

只在TE10模式下工作的矩形喇叭的最大孔径效率为81%。这源于光阑上振幅和相位分布不完全均匀的场，正如光阑理论所指示的。然而，当包含多个高阶模态时，可以获得更高的效率。单极化喇叭的孔径效率最大化是近年来研究的热点，但是现有技术中的喇叭天线无法解决大孔径和双极化的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够解决大孔径和双极化问题，同时具有高孔径效率的喇叭天线。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高口径效率的喇叭天线，所述喇叭天线包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体固定后在其内部形成腔体，所述上壳体的内壁结构与所述下壳体的内壁结构上下对称，所述腔体内形成有分隔挡块，所述分隔挡块与上壳体以及下壳体的相应部分组合将所述喇叭天线分隔成单极化的H面波导功率分压器、多模激励波导段以及公共波导段；所述单极化的H面波导功率分压器的信号输入端为所述喇叭天线的辐射信号输入端，所述H面波导功率分压器的两个辐射信号输出端分别与多模激励波导段的两个辐射信号输入端连接，所述多模激励波导段的两个辐射信号输出端与公共波导段的一端连接，所述公共波导段的另一端为辐射信号输出端；输入的辐射信号经所述H面波导功率分压器分配后经多模激励波导段处理，最后经公共波导段合成一路辐射信号进行输出。

进一步的技术方案在于：下壳体内的分隔挡块与上壳体内的分隔挡块结构相同，两者固定连接后形成腔体内整个的分隔挡块；下壳体内的所述分隔挡块包括输入端分隔片，所述输入端分隔片与所述喇叭天线的辐射信号输入端连接，并与所述喇叭天线的辐射信号输入端保持有一段距离，所述第一矩形分隔部的一端与所述输入端分隔片相连接，且第一矩形分隔部相对于所述输入端分隔片靠近所述辐射信号输出孔设置，所述第一矩形分隔部的另一端与第二矩形分隔部的一端连接，所述第二矩形分隔部的另一端与第三矩形分隔部的一端连接，所述第三矩形分隔部的另一端与第四矩形分隔部的一端连接，所述第四矩形分隔部的另一端与第五矩形分隔部的一端连接，所述第五矩形分隔部的另一端与第六矩形分隔部的一端连接，所述第六矩形分隔部的另一端连接有输出端分隔片，所述第一矩形分隔部至第六矩形分隔部的宽度逐渐减小。

进一步的技术方案在于：所述输入端分隔片、第一矩形分隔部、第二矩形分隔部、第三矩形分隔部以及与其相对应的部分上壳体和部分下壳体构成所述H面波导功率分压器， 与所述输入端分隔片以及第一至第三矩形分隔部相对应的所述上壳体以及下壳体的左右侧壁分别对称的形成有连续的第一凸台至第六凸台，且所述第一凸台至第六凸台的高度逐渐降低，所述输入端分隔片以及第一矩形分隔部的下侧面所在的下壳体的内表面为第一平面， 所述第二矩形分隔部以及第三矩形分隔部的下侧面所在的下壳体的内表面为第二平面，所述第一平面的高度高于所述第二平面的高度。

进一步的技术方案在于：第四矩形分隔部、第五矩形分隔部、第六矩形分隔部、输出端分隔片以及与其相对应的部分上壳体和部分下壳体构成所述多模激励波导段， 与所述第四至第六矩形分隔部以及输出端分隔片相对应的所述上壳体以及下壳体的左右侧壁分别对称的形成有连续的第七凸台至第十一凸台，且所述第七凸台至第十一凸台的高度逐渐降低，所述第四矩形分隔部的下侧面所在的下壳体的内表面为第三平面，所述第五矩形分隔部的下侧面所在的下壳体的内表面为第四平面，所述第六矩形分隔部的下侧面所在的下壳体的内表面为第五平面，所述输出端分隔片的下侧面所在的下壳体的内表面为第六平面和第七平面，所述第三平面至第七平面的高度逐渐降低。

进一步的技术方案在于：与所述公共波导段相对应的所述上壳体以及下壳体的左右侧壁分别对称的形成有第十二凸台和第十四凸台，第十二凸台至第十四凸台的高度逐渐降低，与所述公共波导段相对应的所述下壳体上从内向外依次形成有高度逐渐降低的第八平面、第九平面和第十平面。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述喇叭天线集成了一个H面波导功率分压器，馈送两个镜像对称和非对称扩角波导截面，最终形成过模截面。这些截面的设计造成了分岔波导（多模激励波导段）表面不连续，从而激发了TEn0形式的加权模。由于两个激励波导与普通波导之间的分岔模态传输系数色散较低，所提出的喇叭天线能够在较宽的频率带宽内增加目标孔径模态含量。在分叉不连续和最终的辐射孔径之间，一个共同的波导部分负责传播孔径模式的相位对齐，从而最大化天线增益和其孔径效率。这种类型的辐射元件可以在较宽的频率带宽上实现接近所需的模态分布。该天线在频率带宽大于20%的情况下达到95%以上的孔径效率值。同时，该喇叭天线保持了4.1λ

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述喇叭天线的结构示意图；

图2是本发实施例所述喇叭天线中腔体的分解结构示意图；

图3是本发明实施例所述喇叭天线的右视结构示意图；

图4是本发明实施例所述喇叭天线的主视结构示意图；

图5是本发明实施例所述喇叭天线的左视结构示意图；

图6是本发明实施例所述喇叭天线的剖视结构示意图；

图7是本发明实施例所述喇叭天线中上壳体的结构示意图；

图8是本发明实施例所述喇叭天线中下壳体的结构示意图；

图9是图8中部分视图的放大结构示意图；

图10是图8中部分视图的放大结构示意图；

其中：1、上壳体；2、下壳体；2-1、第一凸台；2-2、第二凸台；2-3、第三凸台；2-4、第四凸台；2-5、第五凸台；2-6、第六凸台；2-7、第七凸台；2-8、第八凸台；2-9、第九凸台；2-10、第十凸台；2-11、第十一凸台；2-12、第十二凸台；2-13、第十三凸台；2-14、第十四凸台；2-15、第一平面；2-16、第二平面；2-17、第三平面；2-18、第四平面；2-19、第五平面；2-20、第六平面；2-21、第七平面；2-22、第八平面；2-23、第九平面；2-24、第十平面；3、分隔挡块；3-1、输入端分隔片；3-2、第一矩形分隔部；3-3、第二矩形分隔部；3-4、第三矩形分隔部；3-5、第四矩形分隔部；3-6、第五矩形分隔部；3-7、第六矩形分隔部；3-8、输出端分隔片；4、H面波导功率分压器；5、多模激励波导段；6、公共波导段；7、连接部。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-图10所示，本发明实施例公开了一种高口径效率的喇叭天线，一般情况所述喇叭天线使用金属材料制作，优选的，所述喇叭天线使用金属铜制作。所述喇叭天线包括上壳体1和下壳体2，所述上壳体1和下壳体2可以通过螺钉进行固定，两者固定后在其内部形成腔体。进一步的，如图7-图8所示，所述上壳体1的内壁结构与所述下壳体2的内壁结构上下对称，因此，本实施例中只对上壳体1或下壳体2进行详细说明即可。所述腔体内形成有分隔挡块3，所述分隔挡块3与上壳体1以及下壳体2的相应部分组合将所述喇叭天线分隔成单极化的H面波导功率分压器4、多模激励波导段5以及公共波导段6；

如图2所示，为所述腔体的分割图，图2上部的腔体以及与其相对应的上壳体和下壳体构成公共波导段6， 图2中部的腔体以及与其对应的上壳体和下壳体构成多模激励波导段5，图2下部的腔体以及与其对应的上壳体和下壳体构成H面波导功率分压器4。所述单极化的H面波导功率分压器4的信号输入端为所述喇叭天线的辐射信号输入端，所述H面波导功率分压器4的两个辐射信号输出端分别与多模激励波导段5的两个辐射信号输入端连接，所述多模激励波导段5的两个辐射信号输出端与公共波导段6的一端连接，所述公共波导段6的另一端为辐射信号输出端；输入的辐射信号经所述H面波导功率分压器分配后经多模激励波导段处理，最后经公共波导段合成一路辐射信号进行输出。

下面结合相应的附图对所述喇叭天线中的相关结构进行详细的说明。

如图7-图8所示，下壳体2内的分隔挡块3与上壳体1内的分隔挡块3结构相同，两者固定连接后形成腔体内整个的分隔挡块3；如图9所示，下壳体2内的所述分隔挡块3包括输入端分隔片3-1，所述输入端分隔片3-1与所述喇叭天线的辐射信号输入端相对设置，并与所述喇叭天线的辐射信号输入端保持有一段距离，第一矩形分隔部3-2的一端与所述输入端分隔片3-1的内侧端部相连接，且第一矩形分隔部3-2相对于所述输入端分隔片3-1靠近辐射信号输出孔设置，所述第一矩形分隔部3-2的另一端与第二矩形分隔部3-3的一端连接，所述第二矩形分隔部3-3的另一端与第三矩形分隔部3-4的一端连接，所述第三矩形分隔部3-4的另一端与第四矩形分隔部3-5的一端连接，所述第四矩形分隔部3-5的另一端与第五矩形分隔部3-6的一端连接，所述第五矩形分隔部3-6的另一端与第六矩形分隔部3-7的一端连接，所述第六矩形分隔部3-7的另一端连接有输出端分隔片3-8，所述第一矩形分隔部3-2至第六矩形分隔部3-7的宽度逐渐减小。需要说明的是，所述输入端分隔片3-1、所述第一矩形分隔部3-2至第六矩形分隔部3-7以及输出端分隔片3-8的长度需要根据H面波导功率分压器4、多模激励波导段5以及公共波导段6的长度进行设置。

从图9中可以看出，本实施例中所述输入端分隔片3-1以及输出端分隔片3-8的宽度小于所述第六矩形分隔部3-7的宽度，且所述输入端分隔片3-1的长度小于所述输出端分隔片3-8的长度。

进一步的，结合图2以及图8-图10，所述输入端分隔片3-1、第一矩形分隔部3-2、第二矩形分隔部3-3、第三矩形分隔部3-4以及与其相对应的部分上壳体1和部分下壳体2构成所述H面波导功率分压器4。与所述输入端分隔片3-1以及第一至第三矩形分隔部3-4相对应的所述上壳体1以及下壳体2的左右侧壁分别对称的形成有连续的第一凸台2-1至第六凸台2-6，且所述第一凸台2-1至第六凸台2-6的高度逐渐降低，所述输入端分隔片3-1以及第一矩形分隔部3-2的下侧面所在的下壳体2的内表面为第一平面2-15， 所述第二矩形分隔部3-3以及第三矩形分隔部3-4的下侧面所在的下壳体2的内表面为第二平面2-16，所述第一平面2-15的高度高于所述第二平面2-16的高度。

进一步的，结合图2以及图8-图10，第四矩形分隔部3-5、第五矩形分隔部3-6、第六矩形分隔部3-7、输出端分隔片3-8以及与其相对应的部分上壳体和部分下壳体构成所述多模激励波导段5， 与所述第四至第六矩形分隔部3-7以及输出端分隔片3-8相对应的所述上壳体以及下壳体的左右侧壁分别对称的形成有连续的第七凸台2-7至第十一凸台2-11，且所述第七凸台2-7至第十一凸台2-11的高度逐渐降低，所述第四矩形分隔部3-5的下侧面所在的下壳体的内表面为第三平面2-17，所述第五矩形分隔部3-6的下侧面所在的下壳体的内表面为第四平面2-18，所述第六矩形分隔部3-7的下侧面所在的下壳体的内表面为第五平面2-19，所述输出端分隔片3-8的下侧面所在的下壳体的内表面为第六平面2-20和第七平面2-21，所述第三平面至第七平面2-21的高度逐渐降低。

进一步的，结合图2以及图8-图10，与所述公共波导段6相对应的所述上壳体1以及下壳体2的左右侧壁分别对称的形成有第十二凸台2-12和第十四凸台2-14，第十二凸台2-12至第十四凸台2-14的高度逐渐降低，与所述公共波导段6相对应的所述下壳体上从内向外依次形成有高度逐渐降低的第八平面2-22、第九平面2-23和第十平面2-24。

本申请所述喇叭天线包括一个矩形辐射孔径，由两个较小的扩角方波导截面通过分叉h面不连续面馈电。对于双端口辐射元件同时馈电，天线包括一个紧凑的h面波导功率分压器。TEn0模式在两个扩角波导截面的输出处被激发，激发模态和孔径模态之间的低色散模态耦合系数(或分岔广义散射矩阵的透射系数)使目标孔径模态内容的宽带实现成为可能。公共波导段部分负责孔径模式的相位对准。该设计方法以预优化模型为目标，使孔径模TEm0(m = 1,3,5，…)的幅值近似于1/m量级，使它们的相对相位差最小，通过微调设计获得最大的孔径效率。以孔径约为2.8λ