6GHz-18GHz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线的制作方法

6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线
技术领域
1.本发明涉及宽带阵列天线技术领域，更具体地讲，涉及一种在
±
60
°
扫描范围内具有高极化纯度的6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线。


背景技术：

2.在交叉极化干扰应用中，为了达到干扰效果，要求干扰天线具有很高的极化纯度。另一方面，由于干扰的目标对象的频率、方位信息是未知的，这就要求干扰天线具有宽带和宽角扫描能力。目前广泛使用的渐变开槽天线(vivaldi)形式，具有超宽的工作频带以及优良的宽角扫描性能，但极化纯度尤其是大扫描角时的极化纯度较低。
3.中国专利，公开号cn109494464a，专利名称为一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线低交叉极化超宽带强耦合对跖偶极子相控阵天线，实现了2ghz-10ghz频段、
±
45
°
扫描、30db以上的交叉极化特性；
4.文献《low cross-polarization ultrawideband tightly coupled balanced antipodal dipole array》(ieee transactions on antennas and propagation,vol.68,no.6,june 2020,4479-4488)实现了2ghz-10ghz频段、
±
60
°
扫描、25db以上的交叉极化特性。
5.上述两者采用了相似的天线结构，都是由微波印制电路的天线单元与宽角匹配层构成，结构强度较低，极化纯度虽然较vivaldi天线形式有所提高，若应用于交叉极化干扰还需进一步提高。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是，提供一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线，用于交叉极化干扰，在
±
60
°
扫描范围内具有高极化纯度，强度高；
7.本发明解决技术问题所采用的解决方案是：
8.一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线，包括金属喇叭体、以及多个安装在金属喇叭体底部且轴线在同一平面上的同轴连接器；
9.所述金属喇叭体包括两组对称设置的侧盖板、以及位于两组侧盖板之间且与侧盖板连接的双脊腔体；
10.所述双脊腔体包括多组分别与两组侧盖板连接的宽边壁、位于相邻两组宽边壁之间的双脊结构、设置在双脊结构底部且与同轴连接器连接的巴伦结构、以及安装在双脊结构底部且将双脊结构、宽边壁、盖板连成一体的地板；
11.两组相邻宽边壁、该两组宽边壁之间的双脊结构、侧盖板位于该两组宽边壁之间的部分、地板位于该两组宽边壁之间的部分共同形成一组喇叭单元；所述喇叭单元为多组且沿波导窄边方向组成一维阵列。
12.在一些可能的实施方式中，
13.相邻两组所述宽边壁之间距离为8-10mm，两组相邻双脊结构中相互靠近的脊共用
一组宽边壁。两组相邻双脊结构中相互靠近的脊共用一组宽边壁，边缘部分的宽边壁进行适当加厚，以提高结构强度，改善驻波。
14.在一些可能的实施方式中，
15.所述双脊结构包括两组结构相同且由多段夹角角度逐渐变化的折线组成的脊，脊的宽度由靠近地板的一侧向喇叭单元的喇叭口面一侧逐渐增大。
16.在一些可能的实施方式中，
17.在同一组双脊结构中，所述脊包括三段依次连接折线段一、折线段二、以及折线段三；其中两组折线段一所形成的夹角为15-20
°
，两组折线段二所形成的夹角为5-10
°
，两组折线段三所形成的交角为1-3
°
；
18.所述脊的靠近地板一侧的宽度为2-4mm，且其靠近喇叭口面处一侧的宽度为12-21mm。
19.在一些可能的实施方式中，
20.所述巴伦结构包括设置在脊靠近同轴连接器一侧且开口向下的槽缝、与脊一体成型且位于槽缝内的馈电枝节、以及设置在地板上且用于安装同轴连接器的安装孔；
21.所述同轴连接器的一端穿安装孔与馈电枝节导通；所述安装孔与槽缝连通；所述馈电枝节靠近地板的一侧与地板之间形成与槽缝连通的间隙。
22.在一些可能的实施方式中，
23.所述同轴连接器包括金属外壳、安装在金属外壳上的支撑介质、套装在支撑介质内且一端位于金属外壳内且另外一端馈电枝节导通的内导体。
24.在一些可能的实施方式中，
25.所述内导体包括套装在金属外壳内的金属柱一、一端位于支撑介质内且另外一端伸入金属外壳内的金属柱二、位于金属柱一与金属柱二之间且相互连接的毛纽扣。
26.在一些可能的实施方式中，
27.所述支撑介质、金属柱一、金属柱二、毛纽扣同轴设置。
28.在一些可能的实施方式中，
29.所述安装孔包括内螺纹孔、以及与内螺纹孔同轴连通的通孔，所述金属外壳的外侧设置有与内螺纹孔配合的外螺纹；所述金属柱一远离毛纽扣的一端穿过的通孔与馈电枝节弹性导通。
30.在一些可能的实施方式中，
31.所述支撑介质采用ptee材料制成。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果：
33.本发明通过多个阵列单元沿窄边方向组成一维阵列，实现在
±
60
°
扫描范围内、6ghz-18ghz频率范围内的具有高极化纯度的宽带阵列；
34.本发明在
±
60
°
扫描范围内、6ghz-18ghz频带内的交叉极化抑制大于40db，其中法向交叉极化抑制大于50db，具有良好的高极化纯度；
35.本发明通过设置毛纽扣从而有效地实现金属柱一与脊采用弹性接触的方式实现导通连接；
36.本发明通过在金属外壳的外侧设置外螺纹与地板进行螺接，整个装置不需进行焊接，结构简单、加工方便，成本低。
附图说明
37.图1为本发明的俯视图；
38.图2为图1的a-a剖视图；
39.图3为图1的b-b剖视图；
40.图4为图3的c区域放大视图；
41.图5为本发明中同轴连接器的剖视图；
42.图6为实施例1的法向主极化与交叉极化方向图；
43.图7为实施例1的扫描-45
°
时主极化与交叉极化方向图；
44.图8为实施例1的扫描-60
°
时主极化与交叉极化方向图；
45.图9为本发明的三维结构示意图；
46.其中：1-金属喇叭体，10-双脊腔体，101-地板，102-双脊结构，103-宽边壁，104-巴伦结构，105-馈电枝节，106-槽缝，107-通孔，108-内螺纹孔，11-侧盖板，2-同轴连接器，201-金属外壳，202-支撑介质，203-金属柱一，204-金属柱二，205-毛纽扣。
具体实施方式
47.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本技术所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本技术实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.下面对本发明进行详细说明。
49.如图1-图5、图9所示，
50.一种6ghz-18ghz喇叭阵列天线，包括金属喇叭体1、以及多个安装在金属喇叭体1底部且轴线在同一平面上的同轴连接器2；这里所描述的多组同轴连接器2至少为两组；
51.所述金属喇叭体1包括两组对称设置的侧盖板11、以及位于两组侧盖板11之间且与侧盖板11连接的双脊腔体10；侧盖板11与双脊腔体10之间通过紧固件实现连接；
52.两组所述侧盖板11呈八字状对称布置，宽边壁103呈等腰梯形结构；相邻两组所述宽边壁103与侧盖板11之间形成矩形锥体腔；同轴连接器2位置矩形锥体腔的小端。
53.所述双脊腔体10包括多组分别与两组侧盖板11连接的宽边壁103、位于相邻两组宽边壁103之间的双脊结构102、设置在双脊结构102底部且与同轴连接器2连接的巴伦结构104、以及安装在双脊结构102底部且将双脊结构102、宽边壁103、盖板连成一体的地板101；
54.两组相邻宽边壁103、该两组宽边壁103之间的双脊结构102、侧盖板11位于该两组宽边壁103之间的部分、地板101位于该两组宽边壁103之间的部分共同形成一组喇叭单元；所述喇叭单元为多组且沿波导窄边方向组成一维阵列。
55.多组喇叭单元中同侧的脊与同轴连接器2连接，巴伦结构104将设置在该脊上。
56.如图1所示，两组所述侧盖板11呈八字状对称布置，宽边壁103呈等腰梯形结构；相邻两组所述宽边壁103与两组侧盖板11之间形成矩形锥体腔；同轴连接器2位置矩形锥体腔的小端，矩形锥体腔的大端作为喇叭口；其中，宽边壁103与双脊结构102连接，作为喇叭口的宽边，两组宽边壁103之间对应侧盖板11的区域作为喇叭口的窄边；
57.为避免栅瓣，窄边的尺寸由最大扫描角与最高工作频率确定，宽边的尺寸用于调节波束宽度、增益，喇叭的高度用于调节驻波。
58.在一些可能的实施方式中，
59.如图4所示，所述巴伦结构104包括设置在脊靠近同轴连接器2一侧且开口向下的槽缝106、与脊一体成型且位于槽缝106内的馈电枝节105、以及设置在地板101上且用于安装同轴连接器2的安装孔；
60.所述同轴连接器2的一端穿安装孔与馈电枝节105导通；所述安装孔与槽缝106连通；所述馈电枝节105靠近地板101的一侧与地板101之间形成与槽缝106连通的间隙。
61.在一些可能的实施方式中，
62.如图5所示，所述同轴连接器2包括金属外壳201、安装在金属外壳201上的支撑介质202、套装在支撑介质202内且一端位于金属外壳201内且另外一端馈电枝节105导通的内导体。内导体通过弹性接触与馈电枝节可靠导通。
63.进一步的，每组双脊结构102对应的内导体与其中一组脊实现导通，与内导体导通的脊在每个矩形锥体腔中所处位置相同；
64.如图3所示，所有同轴连接其中的内导体均与每组双脊结构102中右侧的脊导通。
65.在一些可能的实施方式中，
66.所述内导体包括套装在金属外壳201内的金属柱一203、一端位于支撑介质202内且另外一端伸入金属外壳201内的金属柱二204、位于金属柱一203与金属柱二204之间且相互连接的毛纽扣205。
67.金属柱二204与支撑介质202二为固定连接；毛纽扣205为弹性结构件，具有伸缩功能，其结构与现有技术中的毛纽扣205组件结构相同，安装在支撑介质202内；金属柱一203安装在毛纽扣205的上方，且可在支撑介质202内沿其轴向移动；在组装前，毛纽扣205处于初始状态下将使得金属柱一203伸出支撑介质202外，在组装后受到脊的压力，毛纽扣205压缩，从而使得金属柱一203收缩至支撑介质202内，借助毛纽扣205的弹力实现同轴连接器2的内导体与双脊腔体10的脊的导通连接。
68.本发明中同轴连接器2与金属喇叭体1通过螺纹旋入式安装与金属喇叭体1固定在一起，内导体与金属喇叭的脊弹性连接实现电气导通，全过程无焊接，可利用成熟的机械加工工艺进行加工，具有结构简单，加工容易，成本低的优点。
69.在一些可能的实施方式中，
70.每组所述同轴连接其中，所述支撑介质202、金属柱一203、金属柱二204、毛纽扣205同轴设置。
71.所述安装孔包括内螺纹孔108、以及与内螺纹孔108同轴连通的通孔107，所述金属外壳201的外侧设置有与内螺纹孔108配合的外螺纹；所述金属柱一203远离毛纽扣205的一端穿过的通孔107与馈电枝节105弹性导通。
72.如图4所示，所述巴伦结构104包括在其中一组脊上开槽形成的馈电枝节105和槽缝106、地板101上开孔形成的安装孔；其中馈电枝节105与脊的外侧面共面。
73.内螺纹孔108用于安装同轴连接器2，同轴连接器2的金属柱一203和支撑介质202从通孔107中通过，并与巴伦结构104的馈电枝节105接触实现馈电。槽缝106与通孔107连通，由两个长方体和一个半圆柱组成，其中一个长方体从脊上切割出来后将馈电枝节105与地板101隔开，另一个长方体与半圆柱形成组合体，从脊上切割出来后用于调节驻波。
74.在组装时，用作外导体的金属外壳201通过螺纹配合与地板101连接，内导体将靠近脊的一端将穿过通孔107与脊接触抵接，当金属外壳201拧紧后，毛纽扣205将处于压缩状态，并持续向金属柱一203提高作用力使得金属柱一203始终与脊保持导通。
75.进一步地，与同轴连接器2的内导体导通的脊在每个矩形锥体腔中所处位置相同；
76.在一些可能的实施方式中，
77.如图1、图9所示，相邻两组所述宽边壁103之间距离为8-10mm，两组相邻双脊结构102中相互靠近的脊共用一组宽边壁103。两组相邻双脊结构102中相互靠近的脊共用一组宽边壁103，边缘部分的宽边壁103进行适当加厚，以提高结构强度，改善驻波。
78.在一些可能的实施方式中，
79.所述双脊结构102包括两组结构相同且由多段夹角角度逐渐变化的折线组成的脊，脊的宽度由靠近地板101的一侧向喇叭单元的喇叭口面一侧逐渐增大。
80.双脊结构102包括两组结构相同且相互靠近一侧所形成由靠近地板101一侧向远离地板101一侧的夹角角度逐渐变大的脊；两组脊与地板101一体成型且其中一组脊与位于地板101底部的同轴连接器2连接。
81.在一些可能的实施方式中，
82.为了便于脊的仿真建模和生产加工，在同一组双脊结构102中，所述脊包括三段依次连接折线段一、折线段二、以及折线段三；其中两组折线段一所形成的夹角为15-20
°
，两组折线段二所形成的夹角为5-10
°
，两组折线段三所形成的交角为1-3
°
；
83.所述脊的靠近地板101一侧的宽度为2-4mm，且其靠近喇叭口面处一侧的宽度为12-21mm。
84.在一些可能的实施方式中，
85.所述支撑介质202采用ptee材料制成。
86.实施例1：
87.本实施例中，同轴连接器2、喇叭单元均为16组且一一对应设置，采用弹性接触实现两者导通连接，所形成的16组喇叭单元沿波导窄边组成一维阵列；16组陈列单元依次平行设置且轴线在同一平面上，与其对应的同轴连接器2的轴线也在该平面上；侧盖板11光壁结构，双脊腔体10与侧盖板11没有精确对位要求；喇叭口的开口尺寸为52mm
×
6.5mm，喇叭的高度为45mm；双脊结构102的脊由三段折线(折线段一、折线段二、折线段三)构成，相邻两组脊相互靠近一侧所形成的夹角分别为2
°
、7
°
、17
°
；相邻宽边壁103之间的轴线距离8.5mm。
88.针对本实施例中的6ghz-18ghz喇叭阵列天线基于hfss的具体仿真结果说明如下：
89.如图6所示，6ghz、10ghz、14ghz、18ghz法向主极化的增益分别为15db、19.6db、20.6db、24.3db，交叉极化增益分别为-68.2db、-53.8db、-46.1db、-28.8db，
±
60
°
范围内交叉极化抑制分别为83.2db、73.5db、66.8db、53.2db。
90.如图7所示，6ghz、10ghz、14ghz、18ghz扫描-45
°
主极化的增益分别为12.3db、17.2db、18.5db、21.9db，交叉极化增益分别为-54.8db、-55.2db、-35.8db、-28.3db，
±
60
°
范围内交叉极化抑制分别为67.1db、72.5db、54.4db、50.3db。
91.如图8所示，6ghz、10ghz、14ghz、18ghz扫描-60
°
主极化的增益分别为12.56db、16db、17.2db、19.3db，交叉极化增益分别为-64.1db、-47.9db、-36.1db、-23.7db，
±
60
°
范围内交叉极化抑制分别为76.7db、64db、53.4db、43db。
92.从上述仿真结果可知，本发明能够在
±
60
°
扫描范围内、6ghz-18ghz频带内的交叉极化抑制大于40db，其中法向交叉极化抑制大于50db；具有高极化纯度。
93.本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

技术特征：
1.一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线，其特征在于，包括金属喇叭体、以及多个安装在金属喇叭体底部且轴线在同一平面上的同轴连接器；所述金属喇叭体包括两组对称设置的侧盖板、以及位于两组侧盖板之间且与侧盖板连接的双脊腔体；所述双脊腔体包括多组分别与两组侧盖板连接的宽边壁、位于相邻两组宽边壁之间的双脊结构、设置在双脊结构底部且与同轴连接器连接的巴伦结构、以及安装在双脊结构底部且将双脊结构、宽边壁、盖板连成一体的地板；两组相邻宽边壁、该两组宽边壁之间的双脊结构、侧盖板位于该两组宽边壁之间的部分、地板位于该两组宽边壁之间的部分共同形成一组喇叭单元；所述喇叭单元为多组且沿波导窄边方向组成一维阵列。2.根据权利要求1所述的一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线，其特征在于，相邻两组所述宽边壁之间距离为8-10mm，两组相邻双脊结构中相互靠近的脊共用一组宽边壁。3.根据权利要求1所述的一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线，其特征在于，所述双脊结构包括两组结构相同且由多段夹角角度逐渐变化的折线组成的脊，脊的宽度由靠近地板的一侧向喇叭单元的喇叭口面一侧逐渐增大。4.根据权利要求3所述的一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线，其特征在于，所述脊包括三段依次连接折线段一、折线段二、以及折线段三；其中两组折线段一所形成的夹角为15-20
°
，两组折线段二所形成的夹角为5-10
°
，两组折线段三所形成的交角为1-3
°
；所述脊的靠近地板一侧的宽度为2-4mm，且其靠近喇叭口面处一侧的宽度为12-21mm。5.根据权利要求1所述的一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线，其特征在于，所述巴伦结构包括设置在脊靠近同轴连接器一侧且开口向下的槽缝、与脊一体成型且位于槽缝内的馈电枝节、以及设置在地板上且用于安装同轴连接器的安装孔；所述同轴连接器的一端穿安装孔与馈电枝节导通；所述安装孔与槽缝连通；所述馈电枝节靠近地板的一侧与地板之间形成与槽缝连通的间隙。6.根据权利要求5所述的一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线，其特征在于，所述同轴连接器包括金属外壳、安装在金属外壳上的支撑介质、套装在支撑介质内且一端位于金属外壳内且另外一端馈电枝节导通的内导体。7.根据权利要求6所述的一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线，其特征在于，所述内导体包括套装在金属外壳内的金属柱一、一端位于支撑介质内且另外一端伸入金属外壳内的金属柱二、位于金属柱一与金属柱二之间且相互连接的毛纽扣。8.根据权利要求7所述的一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线，其特征在于，所述支撑介质、金属柱一、金属柱二、毛纽扣同轴设置。9.根据权利要求7所述的一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线，其特征在于，所述安装孔包括内螺纹孔、以及与内螺纹孔同轴连通的通孔，所述金属外壳的外侧设置有与内螺纹孔配合的外螺纹；所述金属柱一远离毛纽扣的一端穿过的通孔与馈电枝节弹性导通。10.根据权利要求6-9任一项所述的一种6ghz-18ghz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天
线，其特征在于，所述支撑介质采用ptee材料制成。

技术总结
本发明涉及宽带阵列天线技术领域，具体公开了一种6GHz-18GHz宽角扫描高极化纯度喇叭阵列天线，包括金属喇叭体、以及多个同轴连接器；金属喇叭体包括两组对称设置的侧盖板、双脊腔体；双脊腔体包括多组分别与两组侧盖板连接的宽边壁、位于相邻两组宽边壁之间的双脊结构、设置在双脊结构底部巴伦结构、以及将双脊结构、宽边壁、盖板连成一体的地板；本发明有效地实现在


技术研发人员：张建成 孙全国
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十九研究所
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/10/6