[发明专利]宽带宽波束圆极化分段螺旋喇叭天线

说明书

本发明提供了一种宽带宽波束圆极化分段螺旋喇叭天线，包括矩形波导和螺旋喇叭，所述的螺旋喇叭与矩形波导的波导口相连接，所述的矩形波导和螺旋喇叭同轴设置且内腔平滑过渡，所述的螺旋喇叭为在矩形波导的波导口处以波导的中心轴线为旋转轴沿轴向螺旋拉伸，同时沿轴向张开成喇叭状的结构，螺旋喇叭的螺旋内表面未遮挡矩形波导的波导口设置，螺旋喇叭的螺旋角大于180°设置。本发明所述的一种宽带宽波束圆极化分段螺旋喇叭天线，结合了螺旋天线和波导喇叭天线的优点，通过渐变的方式将矩形波导进行螺旋同时展开成喇叭状，实现了在很宽的带宽内都能辐射宽波束的圆极化电磁波。

技术领域

本发明属于主动式毫米波成像技术领域，尤其是涉及一种宽带宽波束圆极化分段螺旋喇叭天线。

背景技术

近年来，航空安全逐渐成为国家安全的重要组成部分，民航安检迫切需要一种能对人体随身物品快速全面检测的设备。毫米波可以穿透常见衣物，且不具有电离性，因此，主动式毫米波成像技术受到了广泛关注。但是，目前的主动式毫米波成像普遍存在分辨率低、有伪影等问题。因此，有人提出了用宽带宽波束圆极化的电磁波来解决这一问题。但是，现有的圆极化天线普遍存在频带窄和波束窄的问题，导致宽带、宽波束、圆极化三个特性无法同时满足要求。

目前常用的圆极化产生方法有：依靠天线结构直接产生(如螺旋天线)、使用圆极化转换器、使用移相器产生相位差90度的正交线极化等。但现在有的圆极化喇叭天线的工作频率仅为28GHz-31GHz，其3dB轴比带宽仅在28.3GHz-30.75GHz，3dB波束宽度较窄；也有的圆极化喇叭天线的相对带宽仅为18％，中心频点处轴比小于4；有的圆极化喇叭天线的3dB轴比带宽为88GHz-104GHz，在中心频点的3dB波束宽度为5.5°，还有的圆极化喇叭天线使用圆极化器，其驻波比在88-104GHz内小于1.4，只给出了一个频点处的轴比和波束宽度，该频率下在50度波束宽度内满足了轴比小于3dB。

综上所述，现有的天线结构在带宽、波束宽度和圆极化轴比之间总有取舍，很难同时达到毫米波成像系统所需要的宽带宽波束圆极化天线的要求。同时，在毫米波频率下，由于天线尺寸太小，馈电方式大多采用的是波导直接馈电，导致了一般的螺旋天线难以应用。本文提出了一种新的天线结构——分段螺旋波导喇叭，实现了在毫米波频率下从矩形波导馈电到宽带宽波束圆极化电磁波辐射这一过程，很好的解决了这一问题，有望在未来被实际应用。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种宽带宽波束圆极化分段螺旋喇叭天线，结合了螺旋天线和波导喇叭天线的优点，通过渐变的方式将矩形波导进行螺旋同时展开成喇叭状，实现了在很宽的带宽内都能辐射宽波束的圆极化电磁波。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种宽带宽波束圆极化分段螺旋喇叭天线，包括矩形波导和螺旋喇叭，所述的螺旋喇叭与矩形波导的波导口相连接，所述的矩形波导和螺旋喇叭同轴设置且内腔平滑过渡，所述的螺旋喇叭为在矩形波导的波导口处以波导的中心轴线为旋转轴沿轴向螺旋拉伸，同时沿轴向张开成喇叭状的结构，螺旋喇叭的螺旋内表面未遮挡矩形波导的波导口设置，螺旋喇叭的螺旋角大于180°设置。

进一步的，所述螺旋喇叭为分段结构，且各段之间内腔平滑过渡，各段之间螺旋角度、张开角度和长度均不同，其中靠近矩形波导的波导口的螺旋喇叭段的螺旋角度小于远离矩形波导的波导口的螺旋喇叭段螺旋角度，靠近矩形波导的波导口的螺旋喇叭段的张开角度大于远离矩形波导的波导口的螺旋喇叭段张开角度。

进一步的，所述螺旋喇叭为两段结构，且靠近矩形波导的波导口的螺旋喇叭段未遮挡波导口设置，靠近矩形波导的波导口的螺旋喇叭段的螺旋角为180*N度，且N为正整数，靠近波导口的螺旋喇叭段的螺旋密度小于远离波导口的螺旋喇叭段的螺旋密度。

进一步的，它采用圆柱形金属柱或圆台形金属柱内部掏空方式制成。

进一步的，所述矩形波导的规格为：长度为3mm，长边为2.54mm，短边为1.27mm，金属壁厚为1mm。