一种波导喇叭阵列天线的制作方法

1.本技术涉及天线技术领域，特别涉及一种波导喇叭阵列天线。


背景技术：

2.喇叭天线是波导管终端渐变张开的圆形或矩形截面的微波天线。喇叭天线具有结构简单、频带宽、功率容量大以及调整与使用方便等优点。
3.但是喇叭天线具有尺寸大的缺点，导致喇叭天线的适用场景受到限制。


技术实现要素：

4.本技术提出了一种波导喇叭阵列天线，以缩小喇叭天线的尺寸，扩大喇叭天线的适用场景。
5.为了实现上述目的，本技术提供了一种波导喇叭阵列天线，包括天线单元，所述天线单元包括壳体，所述壳体内设置有波导口和喇叭腔体，所述波导口与所述喇叭腔体的第一端耦合连接，所述喇叭腔体与h面平行的腔壁上设置n个隔板，所述隔板自所述喇叭腔体的第二端向所述喇叭腔体的第一端延伸，以使所述喇叭腔体形成功分网络，所述喇叭腔体的第二端通过所述隔板分隔成n 1个口面，其中，所述第二端与所述第一端为所述喇叭腔体沿平行所述h面方向相对的两端，n≥2且n为正整数。
6.优选地，在上述波导喇叭阵列天线中，所述隔板由所述喇叭腔体的第一端向所述喇叭腔体的第二端的方向上设置有多级，以使所述喇叭腔体形成多级功分网络。
7.优选地，在上述波导喇叭阵列天线中，所述隔板包括m个第一隔板和n-m个第二隔板，所述第一隔板的两侧设置所述第二隔板，所述第一隔板的长度大于所述第二隔板的长度，所述第一隔板较所述第二隔板长的部分将进入所述喇叭腔体的能量分配为m 1份，所述第一隔板与所述第二隔板平齐的部分将m 1份所述能量分配为n 1份，其中m≥1、m＜n且m为正整数。
8.优选地，在上述波导喇叭阵列天线中，所述第一隔板的第一端设置有第一台阶，其中，所述第一隔板的第一端为第一隔板远离所述喇叭腔体的第二端的一端。
9.优选地，在上述波导喇叭阵列天线中，所述第一隔板上设置有第二台阶，所述第二台阶与所述第二隔板的第一端位置对应，其中，所述第二隔板的第一端为所述第二隔板远离所述喇叭腔体的第二端的一端。
10.优选地，在上述波导喇叭阵列天线中，所述第一隔板的个数为一个且位于所述喇叭腔体的中间，所述第二隔板的个数为两个且分布在所述第一隔板的两侧。
11.优选地，在上述波导喇叭阵列天线中，所述第一隔板的个数至少为两个且等分所述喇叭腔体，所述第一隔板的两侧分布所述第二隔板。
12.优选地，在上述波导喇叭阵列天线中，所述波导口为弯波导结构。
13.优选地，在上述波导喇叭阵列天线中，所述波导口为矩形波导口。
14.优选地，在上述波导喇叭阵列天线中，所述波导口内设置有第三台阶。
15.优选地，在上述波导喇叭阵列天线中，所述壳体为铝壳体或铜壳体。
16.优选地，在上述波导喇叭阵列天线中，所述波导口与所述喇叭腔体的耦合位置位于所述喇叭腔体的中间。
17.优选地，在上述波导喇叭阵列天线中，所述喇叭腔体为e面扇形的喇叭腔体或e面台阶形的喇叭腔体，和/或，所述喇叭腔体为h面扇形的喇叭腔体或h面台阶形的喇叭腔体。
18.本技术实施例提供的天线单元在喇叭腔体内设置多个隔板，将一个喇叭腔体分隔为多个喇叭通道，通过隔板改变了能量在喇叭腔体内的运动路径，将现有技术中能量在天线单元中直线传播的改变为曲线传播。现有技术中能量在喇叭天线内的运动路径的长度即为喇叭的长度，本技术将能量在喇叭腔体内的运动路径改变为曲线运动路径，使得在天线单元满足能量传播所需的运动路径的长度的前提下，可以适当缩短天线单元的长度，从而达到了减小天线单元尺寸的技术效果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，而且还可以根据提供的附图将本技术应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
20.图1是本技术的天线单元的结构示意图；图2是本技术的天线单元的侧视图；图3是本技术的天线单元的透视图；图4是本技术的天线单元的正面的内部结构图；图5是本技术的天线单元的结构示意图；图6是本技术的天线单元的仿真的反射系数；图7是本技术的天线单元在76hz频率下的仿真的增益和副瓣电平的远场辐射方向图；图8是本技术的天线单元在77hz频率下的仿真的增益和副瓣电平的远场辐射方向图；图9是本技术的天线单元在78hz频率下的仿真的增益和副瓣电平的远场辐射方向图；图10是本技术的天线单元在79hz频率下的仿真的增益和副瓣电平的远场辐射方向图；图11是本技术的天线单元在80hz频率下的仿真的增益和副瓣电平的远场辐射方向图；图12是本技术的天线单元在81hz频率下的仿真的增益和副瓣电平的远场辐射方向图。
21.附图说明如下：1、天线单元；11、壳体；111、波导口，112、喇叭腔体，113、第一隔板，114、第二隔板，115、第一台阶，116、第二台阶，117、第三台阶。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
23.需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.应当理解，本技术中使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。
25.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
26.其中，在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，a/b可以表示a或b；本文中的“和/或”仅仅是一种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。另外，在本技术实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。
27.以下，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一个或者更多个该特征。
28.本技术中使用了流程图用来说明根据本技术的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
29.天线的长短由中心工作频段的波长决定，天线的长短和波长成正比，和频率成反比，频率越高，波长越短，天线也就做得越短。
30.喇叭天线存在尺寸大的缺点，在某些领域会采用微带天线解决上述问题，但是微带天线的带宽窄，适用范围小。
31.本技术公开了一种波导喇叭阵列天线，以在保证喇叭天线自身优势的同时缩小喇叭天线的尺寸。
32.请参阅图1-图12。
33.本技术一些实施例公开了一种波导喇叭阵列天线，包括天线单元1，多个天线单元1以阵列的形式排布组成波导喇叭阵列天线。
34.天线单元1包括壳体11，壳体11内设置有波导口111和喇叭腔体112，波导口111与喇叭腔体112的第一端耦合连接，喇叭腔体112的第二端为辐射口，喇叭腔体112与h面平行的腔壁上设置有n个隔板，隔板自喇叭腔体112的第二端向喇叭腔体112的第一端延伸，以使喇叭腔体112形成功分网络，喇叭腔体112的第二端通过隔板分隔成n 1个口面，即一个辐射口分隔成n 1个口面。
35.此处需要说明的是，喇叭腔体112的第一端和喇叭腔体112的第二端为喇叭腔体112沿平行于h面方向的两端，如图5所示，喇叭腔体112的第一端和喇叭腔体112的第二端为喇叭腔体112沿z轴方向的两端，喇叭腔体112的第一端和喇叭腔体112的第二端相对，其中喇叭腔体112的第一端靠近波导口111，n≥2且n为正整数。
36.本技术多个隔板可以设置在喇叭腔体112与h面平行的腔壁上。隔板设置在喇叭腔体112与h面平行的腔壁上时，隔板可以与h面垂直，也可以与h面之间存在夹角，也可以相对于e面倾斜布置。
37.此处对e面和h面进行说明，如图5所示，给出了一个坐标系，其中x0z所在的面为h面，y0z所在的面为e面。
38.本技术将喇叭腔体112通过n个隔板分隔为n 1个喇叭通道。通过波导口111馈电入喇叭腔体112中，能量由一个波导口111经n 1个喇叭通道进行能量分配，实现口面电场分布，最后由n 1个喇叭通道共同组成一个辐射口将能量辐射出去。
39.本技术公开的天线单元1在喇叭腔体112内设置多个隔板，将一个喇叭腔体112分隔为多个喇叭通道，通过隔板改变了能量在喇叭腔体112内的运动路径，将现有技术中能量在天线单元1中直线传播的改变为曲线传播。现有技术中能量在喇叭天线内的运动路径的长度即为喇叭的长度，本技术将能量在喇叭腔体112内的运动路径改变为曲线运动路径，使得在天线单元1满足能量传播所需的运动路径的长度的前提下，可以适当缩短天线单元1的长度，从而达到了减小天线单元1尺寸的技术效果。
40.在本技术的一些实施例中，n个隔板的长度可以相等，也可以不相等。
41.在n个隔板的长度相等时，喇叭腔体112与隔板构成的功分网络将进入喇叭腔体112的能量分配为n 1份。
42.在n个隔板的长度不相等时，喇叭腔体112与长度不相等的隔板构成的功分网络分层对能量进行分配，最终将能量分配为n 1份。隔板由喇叭腔体112的第一端向喇叭腔体112的第二端的方向上设置有多级，以使喇叭腔体112形成多级功分网络。
43.在本技术的一些实施例中，如图1、3、4和5所示，隔板包括m个第一隔板113和n-m个第二隔板114，第一隔板113的两侧设置第二隔板114，第一隔板113的长度大于第二隔板114的长度，第一隔板113自喇叭腔体112的第二端向喇叭腔体112的第一端延伸且距离喇叭腔体112的第一端一定距离（此处不对一定距离的具体长度进行限定，具体由本领域技术人员根据实际需要进行选择），第二隔板114自喇叭腔体112的第二端向喇叭腔体112的中部延伸，第一隔板113和第二隔板114与喇叭腔体112的第二端连接的一端与喇叭腔体112的第二端平齐。
44.进入喇叭腔体112的能量首先通过第一隔板113超过第二隔板114长度的部分进行
分配，分配为m 1份，然后通过第一隔板113和第二隔板114对齐的部分对m 1份能量进行分配，分配为n 1份。第一隔板113和第二隔板114构成的功分网络分两次对能量进行分配。
45.该实施例中，第一隔板113和第二隔板114为两种长度不同的隔板，m个第一隔板113的长度相等，n-m个第二隔板114的长度相等，两种长度不同的隔板实现对能量的两次分配。
46.本技术记载了喇叭腔体112内设置两种不同长度的隔板的实施例方式，但是喇叭腔体112内不限于只设置两种不同长度的隔板，还可以根据实际需要设置三种甚至更多种不同长度的隔板与喇叭腔体112配合形成功分网络，此时能够对能量进行更多层的分配，具体选用几种不同长度的隔板由本领域技术人员根据实际需要进行选择。
47.喇叭腔体112、第一隔板113和第二隔板114构成的功分网络能够对进入喇叭腔体112的能量进行两次分配，改变了两次能量的运动路径，使得能量运动路径上的弯折更多，从而在天线单元1满足能量传播所需的运动路径的长度的前提下，可以进一步缩短天线单元1的长度，达到减小天线单元1尺寸的技术效果。
48.此处需要说明的是，通过第一隔板113和第二隔板114对喇叭腔体112进行分隔后形成的腔体仍然为喇叭形腔体，相邻喇叭形腔体的尺寸可以相等，也可以不相等。
49.第一隔板113的个数为m个，第二隔板114的个数为n-m个，m≥1，n≥2，n＞m。
50.在本技术的一些实施例中，第一隔板113的个数为一个，第二隔板114的个数为一个，进入喇叭腔体112的能量首先通过第一隔板113长出第二隔板114的部分分配成两份，然后再通过第一隔板113和第二隔板114平齐的部分分配成三份。
51.在本技术的一些实施例中，第一隔板113的个数为一个，第二隔板114的个数为至少两个，第一隔板113位于喇叭腔体112的中间，第一隔板113的两侧分布第二隔板114，进入喇叭腔体112的能量首先通过第一隔板113长出第二隔板114的部分分配成两份，然后再通过第一隔板113和第二隔板114平齐的部分分配成n 1份。该实施例中，优选地，第二隔板114的个数为偶数个时，第一隔板113的两侧对称分布第二隔板114，此时天线单元1的辐射性能最优。
52.在第一隔板113的个数为m个（此时m＞2），第二隔板114的个数为n-m个，第一隔板113的两侧对称或不对称分布第二隔板114，进入喇叭腔体112的能量首先通过第一隔板113长出第二隔板114的部分分配成m 1份，然后再通过第一隔板113和第二隔板114平齐的部分分配m 1份为n 1份。该实施例中，优选地，第一隔板113在喇叭腔体112内均匀分布，第一隔板113两侧对称分布第二隔板114，此时天线单元1的辐射性能最优。
53.在设计时，通过调节第一隔板113和第二隔板114的位置调节通过口面辐射出的能量。
54.为了进一步缩小天线单元1的尺寸，本技术在第一隔板113的第一端设置有第一台阶115，第一台阶115能够进一步改变通过口面辐射出的能量，同时改变能量在天线单元1内的运动路径。
55.其中，第一隔板113的第一端为第一隔板113远离喇叭腔体112的第二端的一端，第一隔板113的第二端与喇叭腔体112的第二端平齐的一端。
56.第一台阶115在第一隔板113上的设置位置、沿平行于h面方向的尺寸和沿平行于e面方向的尺寸均会对能量在喇叭腔体112内的运动路径和能量分配产生影响，进而影响阻
抗匹配。第一台阶115的设置位置、沿平行于h面方向的尺寸和沿平行于e面方向的尺寸由本领域技术人员根据实际需要进行选择，在此不做具体限定。
57.本领域技术人员也可以根据实际需要在第二隔板114的第一端设置台阶（图中未示出），第二台阶116的设置位置、沿平行于h面方向的尺寸和沿平行于e面方向的尺寸由本领域技术人员根据实际需要进行选择，在此不做具体限定。其中，第二隔板114的第一端为第二隔板114远离喇叭腔体112的第二端的一端。
58.如图3、4和5所示，第一隔板113的第一端的两侧均设置有第一台阶115，也可以仅在第一隔板113的一侧设置第一台阶115。
59.第一隔板113上设置有第二台阶116，第二台阶116与第二隔板114的第一端位置对应，第二隔板114的第一端为第二隔板114远离喇叭腔体112的第二端的一端。第二台阶116能够进一步改变通过口面辐射出的能量，同时改变能量在天线单元1内的运动路径。
60.第二台阶116在第一隔板113上的设置位置、沿平行于h面方向的尺寸和沿平行于e面方向的尺寸均会对能量在喇叭腔体112内的运动路径和能量分配产生影响，进而影响阻抗匹配。第二台阶116的设置位置、沿平行于h面方向的尺寸和沿平行于e面方向的尺寸由本领域技术人员根据实际需要进行选择，在此不做具体限定。
61.第一台阶115和第二台阶116的设置，使天线单元1形成锥销分布的口径场，保证端口相位的一致性。
62.本技术利用电磁仿真软件，不断优化调节第二台阶116和四个口面的大小，使得天线单元1在工作频带的带宽内具有良好的辐射方向图，俯仰面达到-20db远区第一副瓣电平。
63.本技术公开的是一种含功分网络喇叭结构，普通的功分网络无论是等分或不等分均由矩形波导组成，微波系统中矩形波导功分网络在能量传输方向的直线段阻抗由口径决定，本技术公开的功分网络沿着能量传输方向阻抗特性是逐渐变化的，而能量分布由阻抗决定，使得每一点能量分布都在变化，直到喇叭口形成一定的口面辐射能量分布。
64.在本技术的一些实施例中，波导口111为弯波导结构，矩形波导口的第一端与喇叭腔体112的第一端耦合，矩形波导口的第二端与矩形波导口的第一端之间的夹角为90-120
°
。
65.优选地，矩形波导口的第一端与矩形波导口的第二端之间的夹角为90
°
。
66.本技术采用弯波导结构，能够进一步缩小波导口111占用的空间，以达到进一步缩小天线单元1的尺寸的技术效果，同时更方便与波导馈电网络连接。
67.优选地，波导口111为矩形波导口。
68.本技术在波导口111设置有第三台阶117，以在能量进入喇叭腔体112前改变能量的运动路径，能够在一定程度上缩短波导口111的长度，进而达到缩小天线单元1尺寸的技术效果。
69.优选地，壳体11为铝壳体或铜壳体。本技术中壳体11为拼接的壳体11。
70.图4中为壳体11的一部分结构，壳体11的另一部结构与图4中的结构对称，两部分结构通过拼接构成整个壳体11。
71.本技术中喇叭腔体112可以为e面扇形的喇叭腔体，或h面扇形的喇叭腔体，或e面和h面均为扇形的喇叭腔体，或e面台阶形的喇叭腔体，或h面台阶形的喇叭腔体，或e面和h
面均为台阶形的喇叭腔体，或e面扇形 h面为台阶形的喇叭腔体，或h面扇形 e面台阶形的喇叭腔体。
72.优选地，第一隔板113和第二隔板114为各处厚度相等的板，第一隔板113和第二隔板114相互平行布置，且第一隔板113和第二隔板114的长度延伸方向沿图4中的z轴方向。
73.如图1-5所示，公开了第一隔板113的个数为一个，第二隔板114的个数为两个的实施方式，第一隔板113的两侧分别布置一个第二隔板114，在喇叭腔体112的第二端形成四个口面，进入喇叭腔体112的能量首先通过第一隔板113长出第二隔板114的部分分配成2份，然后再通过第一隔板113和第二隔板114平齐的部分分配2份为4份。该实施例中，分隔出的四个口面中，位于中间的两个口面尺寸大于位于两端的两个口面的尺寸。
74.作为发射天线使用时，能量由波导口111馈入，再通过功分网络将能量分配，最后由四个口面共同组成一个辐射口，将能量辐射出去；作为接受天线使用时，天线单元1是可逆的，能量从辐射口进入喇叭腔体112内，由功分网络合成一路信号，最终从波导口111流出。
75.该实施例公开的波导喇叭阵列天线的阻抗带宽比较宽，在w频段芯片的最大频带为76 ghz
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81ghz，此波导喇叭阵列天线可以完全覆盖76 ghz
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81ghz的5ghz带宽，此带宽内反射系数达到-15db以下，如图6所示。
76.该实施例公开的波导喇叭阵列天线的辐射性能好，如图7-12所示：1）增益高达到15.4db~16.2db，损耗低，相对于微带贴片天线，波导腔体内是空气，损耗远低于介质传播损耗；2）副瓣电平比较低，在-20db以下，对于交通雷达多采用连续波雷达，此雷达一般要求俯仰方向副瓣比较低，可以大大地提高雷达的信噪比，从而有利于探测更远的目标。
77.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。本技术中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。