專利名稱：低頻超寬帶緊縮場饋源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超寬帶緊縮場饋源，既可以用于接收也可以用于發(fā)射無線電波。主要用于緊縮場測試，一方面可以作為緊縮場靜區(qū)檢測饋源，一方面用于普通天線和RCS測量。另外，該饋源也可以用作電子偵察、電子干擾以及探地雷達等超寬帶無線電設備的終端天線以及超寬帶通信的基站天線。
背景技術：
緊縮場饋源與緊縮場技術的產生和發(fā)展密切相關，緊縮場是用來測試目標的遠場特性的，如天線方向圖，目標的雷達散射截面等，緊縮場是優(yōu)良的室內測試場地，各個先進國家都不惜重金給予大力發(fā)展。緊縮場的性能很大程度上決定與緊縮場饋源的性能，要擁有高性能的緊縮場測試系統(tǒng)首先必須要有高性能的緊縮場饋源。緊縮場對饋源的主要要求是E面H面對稱；并且在對應靜區(qū)的照射角內，方向圖要非常平滑，錐削要盡可能的??；較低的駐波比；很低的交叉極化；穩(wěn)定的相位中心；盡量寬的頻帶。
目前國內外緊縮場饋源采用較多的是波紋喇叭，波紋喇叭具有符合緊縮場要求的高性能，但是波紋喇叭的高性能是利用了喇叭壁上槽激勵起的高次模與主模疊加形成的，由于槽深是固定的很難做到很寬的頻帶，一般實際應用在緊縮場中的波紋喇叭帶寬不超過2∶1。另外，當應用于低頻時，按照縮比原理等比例放大的波紋喇叭將變得非常笨重，不利于實際測量中使用，特別是應用在緊縮場靜區(qū)檢測時饋源的質量每增加一點都是對靜區(qū)檢測用掃描架的沉重負擔。采用超寬帶的蝶形天線在0.4-3GHz范圍內則可以避免在實際應用中采用數個笨重的波紋喇叭。
采用脊波喇叭或者脊波喇叭與波紋喇叭的混合喇叭可以展寬頻帶，國外采用的實例為MAAS(microwave and antenna systems)公司設計出8-18Ghz的T形槽(ring-loaded)波紋喇叭天線，采用同軸饋電一雙脊一波紋喇叭的結構，利用雙脊展寬天線頻帶，利用波紋喇叭實現整個天線對方向圖的要求。該公司還設計了用于單脈沖反射面饋源的四脊喇叭(quad-ridged horn)，其口面尺寸是最低頻率對應波長的1/4，能在3倍頻程(最高頻率與最低頻率之比)內獲得較好的電氣性能，在4倍頻程內回波損耗小于-8dB.其它國內外的天線制造廠商也分別制造了各種性能優(yōu)良的喇叭天線作為緊縮場饋源，但是無論是哪種喇叭，應用于低頻時都存在體積較大，質量較重使用安裝不方便的問題。
Albert K.Y.Lai等提出了一種新型超寬帶天線，這種天線利用了超寬帶領結形天線和槽線電路板天線的結合，通過蝶形天線的張角和平面角分別控制該超寬帶天線的E面和H面的主瓣波束寬度。該超寬帶天線如果應用于低頻段具有質量輕，電性能好的特點，但是該天線使用的Y-Y過渡巴倫結構對槽線和微帶線的加工精度要求非常高，槽線的寬度只有0.035mm，而巴倫結構對尺寸尤其是Y-Y型接頭部分非常敏感。另外領結型天線與0.035mm寬的槽線的平滑對接也有很大的難度，而且該天線應用到低頻段時電尺寸仍然顯得過大。
因此，實現低頻超寬帶緊縮場用饋源的體積小，質量輕，低成本，高性能是很有意義的。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出了一種新型的低頻超寬帶緊縮場饋源，該饋源具有體積小，質量輕，低成本，高性能的突出優(yōu)點，并且完全滿足緊縮場對饋源的各項要求。另外該天線具有很寬的阻抗帶寬，可以用于其它需要超寬帶小型化天線的領域中。
本發(fā)明的構思如下本發(fā)明主要是利用蝶形天線具有超寬帶的特點，將蝶形天線作為天線的輻射部分，利用帶狀線轉槽線的超寬帶巴倫結構作為蝶形天線的饋電部分，從而使整個饋源具有超寬帶特性。由于蝶形天線和饋電結構的質量都比較輕，因此整個饋源質量也比較輕。只要對蝶形天線和饋電部分設置合理的參數就可以達到整個饋源要求的參數。
根據上述發(fā)明的構思，本發(fā)明采用如下技術方案一種低頻超寬帶緊縮場測試用饋源，包括兩塊介質基板，兩片彎成指數形的金屬板，兩塊側金屬板，一塊后金屬板。具體結構為兩塊介質基板上加工有帶狀線到槽線的過渡巴倫結構，在該過渡巴倫結構中，槽線的寬度選取在使槽線特性阻抗在45歐姆到50歐姆之間的任一值，槽線的終端為一個直徑為槽線寬度20倍的圓形槽，該圓形槽作為槽線的開路端，槽線的另一端于蝶形天線的始端相接；帶狀線的寬度選取為使帶狀線在過渡處的特性阻抗為60歐姆到75歐姆之間的任一值，帶狀線的終端為一個直徑比槽線圓略大的扇形面，扇面的圓心角為76度，該扇形面作為帶帶狀線的開路端。利用開路短路的概念實現從帶狀線到槽線的過渡。
兩片彎成指數形的金屬板構成饋源的輻射部分也就是蝶形天線，它們被焊接在兩塊介質板上，蝶形天線由展開圖為梯形的平面金屬板彎成指數形，在指數曲線的結束部分彎成圓形實現指數曲線到側板的平滑過渡，當選取合適的指數線方程時，可以實現特性阻抗為50歐姆的槽線到特性阻抗為377歐姆的自由空間的快速過渡而又不產生較大的能量發(fā)射，經過仿真和實驗后發(fā)現指數曲線方程選為y＝9.86*e0.01*x-9.36時，能夠較好的實現特性阻抗快速過渡而且不產生較大反射，這就為天線尺寸的大大減小提供了條件。在指數曲線的終端如果直接與側板相連接將導致整個饋源的旁瓣和后瓣較大，因此采用圓弧形過渡，一方面對天線的整體尺寸增大不明顯，一方面又能夠有效避免饋源的旁瓣和后瓣過大。當蝶形天線的長寬高的比例為4∶5∶4時，整個饋源可以實現E面與H面方向圖對稱。
兩側的側板用來加固整個天線結構并且提供拆卸天線的把手，方面測試安裝。兩側金屬板可以導引蝶形天線終端的電磁波因而進一步展寬整個天線低頻段的頻帶。
后板用來安裝SMA接頭法蘭或N型接頭法蘭，并且在一定程度上抑制后向輻射。
本發(fā)明與現有技術相比的優(yōu)點1.將緊縮場測試用饋源的頻率降低至0.4GHz，原來緊縮場一般應用于2GHz以上的測試，相應的于之相配套的饋源頻率一般也在2GHz以上，隨著緊縮場技術的發(fā)展，緊縮場用戶對緊縮場應用的下邊頻要求不斷降低，該饋源為緊縮場應用下邊頻的降低提供了先決條件。
2.采用蝶形天線作為饋源的輻射主體，在緊縮場測試的低頻段(＜3GHz)整個饋源的尺寸只有350×300×240mm3，比按照高頻段波紋喇叭等比放大得到的饋源小5倍以上。在測量中的應用將十分方便。
3.整個天線由于蝶形天線和饋電結構都具有超寬帶的特性，因此整個天線具有超寬帶特性，避免了在測試過程中隨著頻率的變化而頻繁的更換饋源，提高了測試的效率。
4.該饋源的電性能主要取決于蝶形天線和饋電結構，當應用于緊縮場靜區(qū)特性檢驗的掃描架時可以進一步對側金屬板和后金屬板減重，使整個饋源的質量小于1kg，遠遠小于應用于該波段各種喇叭饋源的重量。
5.該天線的饋電部分由SMA轉帶狀線再經過帶狀線到槽線的巴倫過渡結構實現平衡饋電，在理論上只要天線加工精度達到要求天線的E面和H面的交叉極化都是非常低的。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
圖2是本發(fā)明蝶形天線展開示意圖。
圖3是本發(fā)明饋電部分示意圖，其中圖(a)為饋電部分的頂層和底層示意圖(b)為饋電部分中間層示意圖(c)為饋電部分的側視圖。
圖4是本發(fā)明的實物照片圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例參見圖1。圖中1為蝶形天線，圖中2為蝶形天線饋電結構，圖中3為兩側的金屬板，圖中4為后金屬板。整個緊縮場饋源由這四部分組成。
蝶形天線由圖2所示的平面金屬板彎成，它由參數l1，l2，l3，l4，l5共同決定，其中l(wèi)1為整個彎折前蝶形天線平面金屬板的總長度，l2為指數線到側板的圓弧過渡段長度，l5為整個蝶形天線的寬度。蝶形天線指數部分的選取決定著整個天線的輻射性能，適當得選取指數曲線方程可以大大減小天線的電尺寸，提高整個饋源的輻射性能，并使整個天線具有很寬的阻抗帶寬。經過合理設計優(yōu)化取彎折指數線的方程為y＝9.86*e0.01*x-9.36。
參見圖3，圖3是蝶形天線的饋電部分。
該饋電部分由帶狀線轉槽線的超寬帶巴倫結構和為了固定蝶形天線而延長的延長部分構成。圖中1為金屬層，2為介質層。帶狀線的結構主要由中間導體決定，選定中間導體寬度w1，使整個帶狀線特性阻抗為50歐姆，導體寬度w2選定為使整個帶狀線特性阻抗為75歐姆，帶狀線中心導體的終端為一個直徑為28mm，圓心角為76度的扇形面。槽線寬度w3選定為使整個槽線的特性阻抗為55歐姆，槽線的終端為直徑為20mm的槽線圓。為固定蝶形天線的延長部分要求與蝶形天線的側面共形從而方便蝶形天線焊接在整個饋電結構上。參見圖4，為整個饋源的實物部分，兩塊側金屬板用來支持整個饋源結構并起到展寬低頻帶寬的作用，后側金屬板與兩側金屬板相連接可以加固整個天線結構，另外，后側金屬板可以安裝SMA法蘭，并且在抑制整個天線的后向輻射。
權利要求
1.一種超寬帶緊縮場饋源，包括饋源輻射部分的超寬帶蝶形天線，為蝶形天線饋電的超寬帶巴倫結構，兩側的金屬板和后金屬板，其特征在于蝶形天線E面采用的是特定指數線形曲線張開，在指數線的終端采用圓弧形曲線張開，H面采用直線張開。
2.如權利要求1所述的超寬帶緊縮場饋源，其特征在于蝶形天線的長寬高的比例為4∶5∶4。
3.如權利要求1所述的超寬帶緊縮場饋源，其特征在于蝶形天線的輻射平面為按照固定指數曲線漸變的曲面，曲線的方程為y＝9.86*e0.01*x-9.36。
4.如權利要求1所述的超寬帶緊縮場饋源，其特征在于蝶形天線的饋電采用的帶狀線轉槽線的過渡巴倫結構，槽線的寬度選取在使槽線特性阻抗在45歐姆到50歐姆之間的任一值，槽線的終端為一個直徑為槽線寬度20倍的圓形槽，在另一端于蝶形天線的始端相接；帶狀線的寬度選取為使帶狀線在過渡處的特性阻抗為60歐姆到75歐姆之間的任一值，帶狀線的終端為一個直徑比槽線圓略大的扇形面，扇面的圓心角為76度。
5.如權利要求1所述的超寬帶緊縮場饋源，其特征在于該饋源的輻射部分可以是帶狀線結構也可以是微帶線結構。
6.如權利要求1所述的超寬帶緊縮場饋源，其特征在于用作0.4-3GHz的緊縮場饋源。
7.如權利要求1所述的超寬帶緊縮場饋源，其特征在于采用兩側的金屬板固定中間饋電結構部分的電路，使整個天線結構穩(wěn)定，不易變形，并且展寬低頻段的帶寬。
8.如權利要求1所述的超寬帶緊縮場饋源，其特征在于采用的兩側的金屬板的金屬選自鋁、鐵、錫、銅、銀、金、鉑，或上述金屬的合金。
9.如權利要求1所述的超寬帶緊縮場饋源，其特征在于采用后金屬板一方面加固天線結構，一方面固定為天線饋電的SMA接頭或N型接頭，并且該后金屬板可以在一定程度上降低天線的后向輻射。
10.如權利要求1所述的超寬帶緊縮場饋源，其特征在于后金屬板采用的金屬選自鋁、鐵、錫、銅、銀、金、鉑，或上述金屬的合金。
11.如權利要求1所述的超寬帶緊縮場饋源，其特征在于微帶線或帶狀線部分所述的金屬選自鋁、鐵、錫、銅、銀、金、鉑，或上述金屬的合金。
12.如權利要求1所述的超寬帶緊縮場饋源，其特征在于蝶形天線采用金屬制造，金屬選自鋁、鐵、錫、銅、銀、金、鉑，或上述金屬的合金。
13.如權利要求1所述的超寬帶緊縮場饋源，其特征在于微帶線或帶狀線部分所述的印刷電路板材選自FR-4、聚銑亞胺、聚四氟乙烯玻璃布或共燒陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低頻超寬帶緊縮場饋源，包括一個蝶形天線，蝶形天線的饋電部分，兩側的固定金屬板，后金屬板。該饋源的輻射部分主要依靠蝶形天線，饋電部分由SMA接頭轉帶狀線和帶狀線轉槽線的巴倫結構構成。利用指數漸變的蝶形天線的寬頻帶特性和饋電部分的寬頻帶特性實現整個饋源的寬頻帶特性。整個天線阻抗帶寬為0.1G－3GHz，在0.1GHz時整個天線的長、寬、高均不超過0.12個波長，為電小尺寸天線。該饋源的工作頻帶寬0.4G－3GHz，在工作帶寬內，該饋源具有E面H面方向圖對稱，交叉極化低，相位中心穩(wěn)定，電尺寸小的特點，另外，作為低頻饋源，該饋源的突出特點是體積小，質量輕，加工簡便，制造成本低。
文檔編號H01Q13/08GK101013772SQ20061011296
公開日2007年8月8日 申請日期2006年9月13日 優(yōu)先權日2006年9月13日
發(fā)明者王正鵬, 李鵬程, 何國瑜, 李鳳先 申請人:北京航空航天大學