[發(fā)明專利]一種基于圓波導(dǎo)TM0n模的毫米波錐狀波束天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310328312.0
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103414026A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王建朋;竇艷;李躍華
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: H01Q13/02
• 分類號: H01Q13/02;H01Q13/08
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于圓波導(dǎo)TM_0n模的毫米波錐狀波束天線。

背景技術(shù)

錐狀波束天線(Conical?Beam?Antenna)是一類波瓣圖和極化方向徑向?qū)ΨQ的天線，它在孔徑的法線方向上沒有輻射，最大輻射方向在與法線成一定傾角的錐面上。一方面錐狀波束在電子系統(tǒng)中有許多應(yīng)用，例如在高性能無線局域網(wǎng)(HIPERLAN)中，要求采用傾角為60°的錐狀波束；在地面車輛和衛(wèi)星的通信中要求采用30°～70°的錐狀波束；在移動通信中要求采用不同頻率對應(yīng)不同傾角的錐狀波束。

另一方面，錐狀波束在軍用導(dǎo)航系統(tǒng)和導(dǎo)彈探測系統(tǒng)中也有許多應(yīng)用，例如無線電引信系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中，彈丸在飛行過程中要探測來自與飛行方向成一定角度的空間范圍內(nèi)的目標(biāo)。

綜上所述，錐狀波束天線無論是在無線通信系統(tǒng)中還是軍用探測和導(dǎo)航系統(tǒng)中都是必不可少的器件。因此，研究高性能的錐狀波束天線具有很強(qiáng)的實(shí)用價值。

現(xiàn)有文獻(xiàn)報道了錐狀波束天線的結(jié)構(gòu)：

文獻(xiàn)1（S.-S.Qi,W.Wu,and?D.-G.Fang,Three?sections?circular?waveguide?aperture?antenna?with?conical?beam,IEEE?Progress?In?Electromagnetics?Research?Letters,2011,22：147-154）中利用圓波導(dǎo)的高次模TM₀₃模實(shí)現(xiàn)最大輻射方向角為50°毫米波錐狀波束天線，但是該天線是采用同軸探針饋電損耗大，且天線的增益為8.1dB；

文獻(xiàn)2（J.-S.Row?and?M.-C.Chan,Reconfigurable?Circularly-Polarized?Patch?Antenna?With?Conical?Beam,IEEE?Transactions?on?antenna?and?propagation,2010,58,(8):2753-2757）中利用四個L型貼片天線組成方環(huán)型結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)錐狀波束天線，天線的尺寸比較大且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且實(shí)現(xiàn)的錐狀波束天線方向圖不具有全向性；

文獻(xiàn)3（Jae?Hee?Kim?and?Wee?Sang?Park，Sectoral?Conical?Beam?Former?for?a2*2Array?Antenna,IEEE?antennas?and?wireless?propagation?letters,2009,8:712-715）中利用2*2四個圓形貼片來實(shí)現(xiàn)錐狀波束天線，雖然能實(shí)現(xiàn)錐狀波束天線但是此天線饋電網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜，而且尺寸也比較大。

綜上所述，（1）文獻(xiàn)1中設(shè)計的錐狀波束天線的饋電方式采用的同軸探針饋電，在毫米波波段該饋電方式不便于測試，且損耗比較大；（2）文獻(xiàn)2中設(shè)計的錐狀波束天線的方向圖不具有圓周對稱性，且天線的增益比較低；（3）文獻(xiàn)3中設(shè)計的錐狀波束天線饋電網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種尺寸小、增益高、輻射方向圖圓周對稱的基于圓波導(dǎo)TM_0n模的毫米波錐狀波束天線。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于圓波導(dǎo)TM_0n模的毫米波錐狀波束天線，包括依次同軸固定的矩形波導(dǎo)、鋁塊、第二金屬圓波導(dǎo)、第一金屬圓波導(dǎo)和聚四氟乙烯介質(zhì)頂板；其中第二金屬圓波導(dǎo)、第一金屬圓波導(dǎo)的材料相同，第一金屬圓波導(dǎo)呈喇叭狀且沿著從第二金屬圓波導(dǎo)至聚四氟乙烯介質(zhì)頂板方向半徑遞增；所述鋁塊將矩形波導(dǎo)和第二金屬圓波導(dǎo)隔開，鋁塊的軸心設(shè)有圓柱孔，且圓柱孔中填滿聚四氟乙烯，探針從聚四氟乙烯的軸心穿過，圓柱孔、探針和聚四氟乙烯形成同軸線；聚四氟乙烯介質(zhì)頂板上設(shè)置有通孔，且聚四氟乙烯介質(zhì)頂板固定于第一金屬圓波導(dǎo)的開路終端；矩形波導(dǎo)的寬邊上設(shè)置有一個調(diào)節(jié)螺釘，用來調(diào)節(jié)矩形波導(dǎo)到同軸線的阻抗匹配。

本發(fā)明技術(shù)方案的原理是：圓波導(dǎo)TM_0n模是一個旋轉(zhuǎn)對稱性模而且相位為反相，利用該模式做輻射器，既可以保證方向圖的旋轉(zhuǎn)對稱，也可以保證在口徑面的法線方向上輻射比較小，因此利用圓波導(dǎo)TM_0n模的旋轉(zhuǎn)對稱特性，可以實(shí)現(xiàn)錐狀波束天線；通過級聯(lián)兩階不同半徑的圓波導(dǎo)，增加了不連續(xù)性，從而在實(shí)現(xiàn)錐狀波束天線的同時可以抑制其它TM_0m模式產(chǎn)生的副瓣電平。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：