CN1528031A - 无辐射介质(nrd)波导喇叭天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种NRD波导喇叭天线。先前技术的喇叭天线安装在这样的NRD波导上：该NRD波导中的上层导电板与下层导电板的间隙不超过λ，在NRD波导与距NRD波导λ/2处的喇叭孔径之间有一个电波不能穿过的不连续区域，因此而产生的损耗降低了喇叭天线的增益。本发明提供了一种喇叭天线，通过一个设定的角度使天线张角适度以减少上述提到的λ/2或低于λ/2的区域。从而本发明实现了NRD波导喇叭天线卓越的辐射模式，使电波不连续区域最小化，从而提高了天线功效。

Description

无辐射介质(NRD)波导喇叭天线

技术领域

无辐射介质(NRD)波导因其低损耗率和无辐射特性已被认为是一种有效的毫米波集成电路。

背景技术

NRD波导是一种结构，其中：平行导电板彼此以等于或小于使用频率的半个波长的距离排列；在两块平行导电板之间插入介质条，该介质条的高度等于两块平行导电板的间隙，宽度是一个确定的恒定值。

一种杆状天线已经被用作使用NRD波导的毫米波集成电路的天线，因为，总的来说，杆状天线在阻抗与波导相匹配方面具有优势。杆状天线的增益大约是17dB。

然而，随着NRD波导宽度的减少，杆状天线会暴露在上层/下层导电板之外，这样，其优越性能将随着外部环境恶化，而且可能会因外部自然力而易于折断。另外，它也很难防止波的泄漏。

发明内容

本发明提供了一种NRD波导喇叭天线6，它对外部环境有很强的适应性并具有机械强度，同时保持了相关技术的毫米波段的NRD波导所使用的杆状天线在增益和方向性方面的性能。

一种NRD波导锥体4被用作NRD波导喇叭天线6的波导。

NRD波导喇叭天线6有一个高度大于宽度的孔径。

附图说明

图1是本发明最佳实施例的NRD波导喇叭天线透视图；

图2是NRD波导喇叭天线的正视图；

图3是NRD波导喇叭天线的截面图；

图4是NRD波导喇叭天线的顶视图；

图5是NRD波导喇叭天线的顶视图，该天线用于测量由锥体4长度决定的VSWR(电压驻波比)和增益；

图6显示了由锥体4长度决定的VSWR和增益的测量结果；

图7描述了锥体4的长度为最佳值5.5mm时，xz平面上的增益和方向性；

图8描述了锥体4的长度为最佳值5.5mm时，xy平面上的增益和方向性；

图9描述了取决于频率的方向性和孔径面积效率；

图10说明了取决于E和H平面上的相位误差的相位效率和孔径面积效率。

附图中重要部件的代码说明：

1是上层导电板；2是下层导电板；3是介质波导(NRD波导)；4是用作NRD波导喇叭天线波导的锥体；5是用来固定NRD波导喇叭天线在上层/下层导电板上的导电板；6是NRD波导喇叭天线。

本发明的最佳实施方式

下面，结合附图对本发明的最佳实施例对作进一步描述。

本发明涉及一种如图1所示的喇叭天线。NRD波导的构成是：介质波导3安装在上层导电板1和下层导电板2之间；NRD波导喇叭天线6通过一块固定导电板固定在上层导电板1和下层导电板2上；传输到NRD波导上的毫米波通过锥体4引导到NRD波导喇叭天线6上。

上层导电板1和下层导电板2之间的间隙设计为2.25mm，这一尺寸小于在60GHz范围内可使用频率的半个波长。介质波导3的宽度是2.5mm，是可使用频率的半个波长。

图2是从波传播的方向图解NRD波导喇叭天线，窄的部分是波导插入的部分，其高度(a)为2.25mm，这一高度与上层导电板和下层导电板的间隙相同；为了不影响波的传播，从传输线到宽度(b)间必须有λ/4的间隙，故宽度(b)取6.25mm。而且，为了使波的不连续区域最小，通过设定垂直方向到波的传播方向的角为48.35°使NRD波导喇叭天线孔径的高度(A)为27mm，通过设定水平方向到波的传播方向的角为14.5°使NRD波导喇叭天线孔径的宽度(B)为13mm。孔径到NRD波导3与锥体4的接触点的间距为27.25mm。

喇叭天线中的相位误差是影响喇叭天线功效的一个因素。在普通的孔径天线中，频率越高，增益越大。然而，在高频中会出现如图9所示的饱和状态。当相位误差增大时，这会导致孔径面积效率降低。孔径面积效率可以用以下公式表示：

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ap}}={\mathrm{\ϵ}}_t{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ph}}={\mathrm{\ϵ}}_t{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ph}}^E{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ph}}^H$

$D=\frac{4\mathrm{\π}}{{\mathrm{\λ}}^2}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ap}}\mathrm{AB}$

相位误差不应该大于π/8＝22.5°。本发明的喇叭天线满足相位误差的这个范围。为了得到如图10所示的所需功效，孔径(A，B)大小由以下的公式确定。本发明中，根据相位误差范围来选择E平面和H平面上的合适的孔径面积效率。

$t=\frac{1}{8}{\left(\frac{A}{\mathrm{\λ}}\right)}^2\frac{1}{R_0^H/\mathrm{\λ}}$

$S=\frac{1}{8}{\left(\frac{B}{\mathrm{\λ}}\right)}^2\frac{1}{R_0^E/\mathrm{\λ}}$

RO是E或H平面的中心分别到孔径中心的距离。实际上，为了在相位误差、功效、方向性和增益这些特性方面满足NRD波导喇叭天线的要求，从H平面到孔径的角度必须是在14°～35°之间，E平面到孔径的角度必须在45°～56°之间。

一个特氟纶薄片，其厚度为0.1mm，附在喇叭孔径上以防止波泄漏。

图3和图4为NRD波导喇叭天线的截面图和顶视图。

图5所示，锥体4插入到NRD波导喇叭天线6中。增益和VSWR特性的变化取决于锥体4的长度。图6图解了VSWR和增益取决于锥体4的长度，从图可以发现当锥体4的长度在5mm～6mm之间时增益高而VSWR低。

相应地，在本发明的最佳实施例中，取锥体4的长度为5.5mm以获得最佳的结果。因而发生的增益特性如图7和图8所示。图7描述了建立在xz平面的z轴上从0°～180°的增益模式；图8描述了建立在xy平面的x轴上从-90°～90°的增益模式。

根据本发明的最佳实施例，NRD波导喇叭天线的增益大约是16.5dB。

工业实用性

本发明提供了一种NRD波导喇叭天线6，它对外部环境有很强的适应性并在毫米波段中具有机械强度。

NRD波导喇叭天线的波导由一个连接在NRD波导3上的锥体4组成，因此取决于锥体4的长度的NRD波导喇叭天线的增益可以保持几乎与杆状天线一样的增益。

Claims (2)

1、一种运用于毫米波段的NRD波导喇叭天线，在其中，喇叭天线垂直面上的孔径角至少是48.35°，水平面上的孔径角是14.5°，在其结构内波导和喇叭相组合用以提高增益。

2、如权利要求1所述的NRD波导喇叭天线，在其中，一个厚度为0.1mm的特氟纶薄片附在喇叭孔径上以防止波泄漏。

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