專利名稱：寬帶雙l形波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無(wú)線電波接收、發(fā)射用天線，具體地說(shuō)是寬帶波導(dǎo)窄邊縫隙天線。
技術(shù)背景寬帶天線在軍用和民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。同時(shí)，在某些具體的應(yīng)用中，還有 諸如體積、重量、損耗和掃描角等方面的特殊要求。例如對(duì)于寬角掃描平面天線陣，要求天線單元之間距離較小，接近于二分之一波 長(zhǎng)；對(duì)于高分辨多極化合成孔徑雷達(dá)，要求設(shè)計(jì)的天線具備雙極化、低交叉極化、高隔 離度等特性，在橫向結(jié)構(gòu)上要求波導(dǎo)縫隙陣具有壓縮的寬度，同時(shí)，對(duì)于某些平臺(tái)上的 天線還要求諸如低剖面、輕質(zhì)量和高效率等性能要求。盡管微帶天線是一個(gè)很好的選擇，但是由于較大的損耗，限制了其應(yīng)用范圍，特別 是效率要求高的情況下，如星載雷達(dá)應(yīng)用中。因此波導(dǎo)縫隙天線仍具有廣闊的應(yīng)用范圍。對(duì)于波導(dǎo)縫隙諧振陣，帶寬受到單元數(shù)、截止波長(zhǎng)和子陣數(shù)的影響(M.Hamadallah， Frequency limitations on broad-band performance of shunt slot arrays, IEEE Trans Antennas Propagat Vol. 37， 1989， pp:817-823.;汪偉，齊美清，金謀平，"波導(dǎo)并聯(lián) 縫隙諧振陣帶寬研究"，現(xiàn)代電子技術(shù)/增刊，2006.9， pp: 178-180)。通常，諧振陣單 元數(shù)越多則帶寬越窄。但其具有效率高和自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。展寬這種天線陣工作 帶寬的方法是將天線陣劃分成多個(gè)子陣形式，再由功分網(wǎng)絡(luò)對(duì)子陣饋電，這在機(jī)/彈載 平板縫隙天線中應(yīng)用廣泛(P.N.Richardson, H.Y.Yee, "Design and analysis of slotted waveguide antenna arrays", Microwave Journal, Vol. 31， No. 6， Jun.e 1988， pp:109-125)。但在這些應(yīng)用中仍局限于天線陣較小的情況，隨著有源相控陣天線的廣 泛應(yīng)用，由眾多T/R組件激勵(lì)單根諧振線陣，從而構(gòu)成大型相控陣天線，這一方法主要 應(yīng)用在星載合成孔徑雷達(dá)(SAR)中。另外，隨著SAR分辨率要求的提高，天線陣的瞬時(shí)帶 寬要求也在提高，因此需要克服波導(dǎo)諧振陣窄帶缺陷。另外，當(dāng)天線需要實(shí)現(xiàn)寬角掃描時(shí)，要求具有壓縮的波導(dǎo)線陣寬度。對(duì)于波導(dǎo)窄邊 縫隙天線陣常規(guī)矩形波導(dǎo)可以滿足這一要求。但在雙極化波導(dǎo)縫隙陣中，兩種極化線陣分別由波導(dǎo)寬邊縱向縫隙陣和波導(dǎo)窄邊傾斜縫諧振陣來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)極化的波導(dǎo)線陣平行 排列，要求更窄的線陣寬度，通常采用壓縮橫向尺寸的矩形波導(dǎo)可以滿足結(jié)構(gòu)要求。相比較而言，雙極化波導(dǎo)縫隙陣對(duì)單根天線陣的截面尺寸要求更高。在早期的雙極 化波導(dǎo)縫隙天線陣中，兩種縫隙波導(dǎo)線陣都釆用常規(guī)設(shè)計(jì)方法，即垂直極化線陣采用矩 形波導(dǎo)寬邊開縱縫的縫隙天線形式，水平極化線陣采用波導(dǎo)窄邊開傾斜縫隙方式，水平 極化線陣置于垂直極化線陣表面，從而導(dǎo)致面陣厚度加大，且對(duì)性能影響較大。另外， 也沒(méi)有采用展寬帶寬的措施，工作帶寬較窄。在文獻(xiàn)(R. Petersson， E. Kallas， et al, Radiation performance of the ERS-1 SAR EM antenna, IEEE AP-S 1988， 212-215)中，采用常規(guī)設(shè)計(jì)，得到工作于C波段的 雙極化波導(dǎo)縫隙天線陣，其工作帶寬僅15.5MHz。在文獻(xiàn)(L. Josef sson， and C. G. M. Klooster， Dual polarized slotted waveguide SAR antenna， IEEEAP-S， 1992, pp:625-628 ， 和P.J.Wood, N. Sultan and G. Seguin, A dua卜polarized reconfigurable-beam antenna for the DSAR synthetic aperture radar， IEEE AP-S， 1996， pp: 1717- 1719)中介紹的雙極化波導(dǎo)縫隙天線陣，也是工作在C波段，其結(jié)構(gòu) 布局同樣也采用常規(guī)方式。后來(lái)，為TerrSAR開發(fā)的雙極化波導(dǎo)天線陣采用一種新型空間布局，兩種極化的波 導(dǎo)線陣都進(jìn)行了壓縮，其方法是垂直極化線陣采用單脊波導(dǎo)，水平極化線陣采用窄邊壓 縮波導(dǎo)，使兩種線陣在組成平面陣中并排排列(Herschlein, C.Fischer, H. Braumann， et al， Development and measurement results for TerraSAR-X phased array, 5th European Conference on Synthetic Aperture Radar， EUSAR 2004， Ulm, Germany, May, 2004)， 16單元諧振線陣采用中饋方式，帶寬較窄，為300MHz,相對(duì)帶寬為3.1%。我們已針對(duì)寬帶雙極化波導(dǎo)縫隙天線陣進(jìn)行了研制，采用天線分塊并由功分器饋電 來(lái)展寬天線工作帶寬，其中早期的窄邊縫隙天線陣采用的是常規(guī)矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了 寬頻裙性倉(cāng)巨(Wei Wang, Shun—Shi Zhong, Jian Jin and Xian—Ling Liang, An untilted edge—slotted waveguide antenna array with very low cross—polarization, Microwave and Optical Technology Letters. 2005, 44(1): 91-93.)，但天線陣厚度 較大，相當(dāng)于兩個(gè)波導(dǎo)寬邊的尺寸，這對(duì)某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)其厚度顯得太大。在文獻(xiàn)中給出 了寬帶波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣的幾種壓縮方法(Wei Wang, Jian Jin， Xian-Ling Liang andShun-Shi Zhong, Broadband Dual polarized Waveguide Slotted Antenna Array, Ite""^ 朋d尸ro/ a卵"'o/7 5boz'e" AP-S， July, 2006. pp:2237-2240)，但在結(jié)構(gòu) 上顯得較為復(fù)雜或壓縮量較小等缺點(diǎn)。另外，對(duì)于波導(dǎo)窄邊縫隙天線，傳統(tǒng)方法是在窄邊開傾斜縫隙，但是這種結(jié)構(gòu)帶來(lái) 較大的交叉極化分量，盡管在面陣中采用相鄰兩根線陣反相饋電的方式可以在側(cè)射狀態(tài) 得到良好的交叉極化抑制，但當(dāng)天線掃描到一定角度時(shí)，其空間相位差將抵消這種反相 抑制能力，即交叉極化性能在掃描時(shí)惡化。考慮到對(duì)于細(xì)長(zhǎng)縫隙的輻射電場(chǎng)主要是垂直 于縫隙這一特性，因此，后來(lái)發(fā)展出非傾斜縫隙代替?zhèn)鹘y(tǒng)的傾斜縫，其激勵(lì)方式主要包 括成對(duì)的傾斜金屬棒(Johnson R C, Jasik H- Antenna Engineering Handbook. 2nded New York: McGraw-Hill, 1984)、表面鍍金屬條帶的介質(zhì)片(Hirokawa J, Kildal P - S. Excition of an untilted narrow-wall slot in a rectangular waveguide by using etched strips on a dielectric plate. IEEE Trans, on Antennas and Propagation, 1997, 45(6): 1032-1037)，以及后來(lái)我們?cè)诖嘶A(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的切角金屬膜片形式?；诩?工難度和可靠性方面考慮，傾斜金屬棒需要在波導(dǎo)的上窄壁和側(cè)壁上開傾斜孔，將細(xì)金 屬棒插入斜孔并焊接，加工難度大；表面鍍金屬條帶的介質(zhì)片從輻射縫隙插入到輻射波 導(dǎo)中，則存在不同材料之間的熱特性不同、介質(zhì)片安裝固定以及引入額外的介質(zhì)損耗等 問(wèn)題；盡管切角金屬膜片與輻射波導(dǎo)腔體一體化加工很好地解決了這些問(wèn)題，但矩形切 角仍增加了加工和檢測(cè)上的復(fù)雜性。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在提供一種具有良好的寬頻帶特征、線陣橫截面壓縮、特別是天線高 度壓縮、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的寬帶波導(dǎo)窄邊縫隙諧振天線陣。 具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如下寬帶雙L形波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣，包括輻射波導(dǎo)、饋電波導(dǎo)和同軸連接器，所述同 軸連接器與所述饋電波導(dǎo)連接處設(shè)置一金屬匹配塊，所述匹配塊為一矩形金屬片，設(shè)置 于同軸連接器內(nèi)導(dǎo)體與饋電波導(dǎo)的內(nèi)腔連接處；所述輻射波導(dǎo)為橫截面為倒L形的波導(dǎo)管;所述饋電波導(dǎo)為橫截面為L(zhǎng)形的波導(dǎo)管， 且位于輻射波導(dǎo)下部，輻射波導(dǎo)和饋電波導(dǎo)對(duì)應(yīng)配合的橫截面呈矩形；所述同軸連接器與饋電波導(dǎo)構(gòu)成T形結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一個(gè)3dB功分器；所述輻射波導(dǎo)窄邊等間距設(shè)置至少四條輻射縫隙，每條輻射縫隙兩邊分別設(shè)有矩形 金屬膜片；相鄰輻射縫隙之間間距為0.5;ig。；所述輻射波導(dǎo)和饋電波導(dǎo)的公共波導(dǎo)壁上設(shè)有兩條"工"字形耦合縫； 所述輻射縫隙終端距離最后一個(gè)輻射縫隙約0.25Ag。距離處短路；所述饋電波導(dǎo)終端距離耦合縫隙約o.5;i^距離處短路；所述輻射縫隙分成獨(dú)立的兩組構(gòu)成兩個(gè)子陣。優(yōu)選實(shí)施方案是所述輻射波導(dǎo)窄邊等間距設(shè)置16條輻射縫隙，每條輻射縫隙由位 于兩側(cè)的一對(duì)矩形膜片激勵(lì)。16條輻射縫隙及輻射波導(dǎo)均分成相同的兩部分，每組輻射 波導(dǎo)距離最后一個(gè)輻射縫隙約0.254。處短路，構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立的諧振式天線子陣。每個(gè)天 線子陣的輻射波導(dǎo)和饋電波導(dǎo)之間設(shè)有激勵(lì)"工"字形耦合縫隙，所述耦合縫隙完全切 割輻射波導(dǎo)與饋電波導(dǎo)之間公共波導(dǎo)壁。所述子陣采用中饋方式，所述耦合縫隙位于子陣中間波導(dǎo)側(cè)壁，饋電波導(dǎo)與子陣之 間通過(guò)所述耦合縫隙進(jìn)行能量耦合，耦合饋電波導(dǎo)終端距離耦合縫隙約0.5~。處短路；所述輻射縫隙為垂直于輻射波導(dǎo)縱向軸線的直縫，輻射縫隙長(zhǎng)約為0.5^。，為保證所述輻射縫隙長(zhǎng)度，位于輻射波導(dǎo)上表面的所述輻射縫隙切割到兩邊波導(dǎo)側(cè)壁，縫寬遠(yuǎn) 小于縫長(zhǎng)，約等于十分之一至八分之一輻射縫長(zhǎng)；相鄰輻射縫隙之間間距為0.5^。；所述矩形金屬膜片的高度為d (al-a3-1)，寬度為0. 2bl~0. 5bl;其中輻射縫隙深 度d，輻射波導(dǎo)高度al,輻射波導(dǎo)與饋電波導(dǎo)重疊高度a3,波導(dǎo)壁厚t，輻射波導(dǎo)上壁 寬度bl。所述天線陣的輸入端口、輸出端口為同軸形式，采用商用N型接頭或SMA同軸接頭。 所述輻射波導(dǎo)和饋電波導(dǎo)的材料為金屬材料、或表面鍍金屬的復(fù)合材料。 所述輻射波導(dǎo)截面寬度和高度尺寸由實(shí)際要求的寬度和保證主模傳輸要求確定； 所述饋電波導(dǎo)寬度與輻射波導(dǎo)相同，饋電波導(dǎo)寬度和高度尺寸由輻射波導(dǎo)寬和保證 主模傳輸要求確定。所述輻射波導(dǎo)與饋電波導(dǎo)重疊高度由實(shí)際天線壓縮需求及輻射縫隙切入深度確定。 所述輻射縫隙兩側(cè)激勵(lì)矩形金屬膜片由子陣匹配結(jié)果確定。所述"工"字形耦合縫隙尺寸由饋電波導(dǎo)與輻射波導(dǎo)之間構(gòu)成的三端口網(wǎng)絡(luò)匹配結(jié)果確定。所述同軸連接器與所述饋電波導(dǎo)構(gòu)成的T接頭處的所述金屬匹配塊尺寸由兩者構(gòu)成 的三端口網(wǎng)絡(luò)匹配確定。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下幾方面的優(yōu)點(diǎn)1、 波導(dǎo)縫隙天線劃分成兩個(gè)子陣由饋電波導(dǎo)功分器激勵(lì)，將傳統(tǒng)的矩形截面輻射 和饋電波導(dǎo)改為L(zhǎng)形截面腔體結(jié)構(gòu)，兩者按互補(bǔ)的L7形式放置，在不影響天線性能的 前提下使天線高度至少壓縮四之一，同時(shí)，與兩個(gè)互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱單脊波導(dǎo)構(gòu)成的天 線陣相比，降低了加工難度和加工成本。這種壓縮結(jié)構(gòu)的天線特別適合于諸如機(jī)載雷達(dá)、 星載雷達(dá)和共形天線陣等對(duì)天線厚度有特殊要求的情況下使用，特別是適合于與壓縮波 導(dǎo)寬邊縫隙陣一起構(gòu)成雙極化天線，應(yīng)用于高分辨多極化星載合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中；2、 波導(dǎo)窄邊傾斜縫隙天線極化純度低，采用成對(duì)金屬棒、表面鍍金屬條帶的介質(zhì)片或切角矩形金屬膜片激勵(lì)非傾斜縫隙天線可以得到優(yōu)越的極化純度性能，但存在加工 難度和可靠性等方面的問(wèn)題。用簡(jiǎn)單的矩形金屬膜片來(lái)激勵(lì)波導(dǎo)窄邊非傾斜直縫，在得到優(yōu)越的極化純度的情況下，降低了加工檢測(cè)難度和加工成本，并且具有很高的可靠性；3、 天線陣劃分成子陣由功分器饋電，波導(dǎo)功分器代替微帶線、帶狀線和同軸線功 分器，有效地降低了饋線損耗提高了天線效率，具有較高的功率容量，并降低了加工難 度。4、 本實(shí)用新型寬帶雙L形波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣結(jié)構(gòu)緊湊、橫截面小、效率高和交叉極化分量低。

圖1為本實(shí)用新型所述天線陣整體外觀效果圖； 圖2為本實(shí)用新型所述天線陣的側(cè)面結(jié)構(gòu)透視圖； 圖3為圖2的B—B剖視圖； 圖4為圖2的A—A剖視圖； 圖5為圖4的C一C剖視圖； 圖6為圖4的D—D剖視圖； 圖7為圖4中天線耦合縫隙水平截面放大圖； 圖8為本實(shí)用新型所述天線陣端口電壓駐波比圖；圖9為本實(shí)用新型所述天線陣在9. 2GHz頻點(diǎn)上的測(cè)試方向圖及交叉極化； 圖10為本實(shí)用新型所述天線陣在9. 6GHz頻點(diǎn)上的測(cè)試方向圖及交叉極化； 圖11為本實(shí)用新型所述天線陣在10. 0GHz頻點(diǎn)上的測(cè)試方向圖及交叉極化； 圖12為本實(shí)用新型所述天線陣效率。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。 實(shí)施例本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施案例是均勻分布的16單元X波段波導(dǎo)窄邊縫隙線陣， 中心頻率9.6GHz，工作帶寬800MHz。由倒L形輻射波導(dǎo)1及在其上設(shè)置的16個(gè)輻射縫 隙4、 L形饋電波導(dǎo)2和同軸連接器3組成。參見圖1 —圖5，寬帶雙L形波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣包括輻射波導(dǎo)1、饋電波導(dǎo)2和同 軸連接器3;同軸連接器3與饋電波導(dǎo)2連接處設(shè)置一金屬匹配塊6，匹配塊為一矩形 金屬片，設(shè)置于同軸連接器3內(nèi)導(dǎo)體與饋電波導(dǎo)2的內(nèi)腔連接處；所述同軸連接器3與饋電波導(dǎo)2形成T形結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一個(gè)3dB波導(dǎo)功分器。所述輻射波導(dǎo)1為一內(nèi)腔橫截面為L(zhǎng)形的金屬輻射波導(dǎo)管，結(jié)構(gòu)上倒置放置。饋電 波導(dǎo)2同樣為一內(nèi)腔橫截面為L(zhǎng)形的金屬輻射波導(dǎo)管，位于倒置L形輻射波導(dǎo)正下方， 兩者在結(jié)構(gòu)上互補(bǔ)吻合，共用一段高度。饋電波導(dǎo)與輻射波導(dǎo)之間通過(guò)折疊"工"字形 縫7耦合，耦合縫隙可以是折疊"中"字形縫。同軸輸入/輸出接頭3位于饋電波導(dǎo)中 間的下方。所述16條輻射縫隙4沿波導(dǎo)縱向軸線等間距地均勻分布，16單元波導(dǎo)縫隙天線陣 分成相同的兩組，即兩個(gè)相同的子陣，每組輻射子陣的終端短路，構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立的諧振 式天線子陣，每個(gè)子陣由饋電波導(dǎo)與輻射波導(dǎo)之間的耦合縫隙7激勵(lì)。所述輻射縫隙4為開在倒L形輻射波導(dǎo)上壁且垂直于波導(dǎo)軸線的直縫，并且切割入 兩個(gè)波導(dǎo)側(cè)壁，每個(gè)輻射縫隙兩邊有一對(duì)完全相同、緊貼于上壁和側(cè)壁的矩形金屬膜片 5，膜片寬、高分別為w和h。所述輻射縫隙長(zhǎng)約為0.5^,為保證這一電長(zhǎng)度，輻射縫隙切割到波導(dǎo)的兩個(gè)側(cè)壁， 深度為d,縫寬約十分之一至八分之一縫長(zhǎng)。相鄰輻射縫之間間距為0.54。，子陣中距 離最后一個(gè)輻射縫隙約0.251。距離處短路。兩個(gè)子陣采用中饋方式，饋電波導(dǎo)與子陣之間通過(guò)縫隙7進(jìn)行能量耦合，所述耦合 縫隙7位于子陣中間波導(dǎo)側(cè)壁，饋電波導(dǎo)終端距離耦合縫隙約0.5人。距離處短路。所述耦合縫隙完全切割兩個(gè)波導(dǎo)之間的公共壁，如圖7所示。因?yàn)楣膊▽?dǎo)壁呈Z 字形，如圖3所示，所以耦合縫隙呈折疊"工"字形，中間為一個(gè)細(xì)長(zhǎng)矩形縫，兩端各 一個(gè)相同的矩形縫，緊貼于兩側(cè)波導(dǎo)壁。所述輻射波導(dǎo)1上壁寬度bl由實(shí)際要求確定，對(duì)于X波段天線可以在5 11mm之間 選擇，下壁寬度b2尺寸無(wú)嚴(yán)格要求，輻射波導(dǎo)高度al由保證電磁波主模傳輸及要求的 工作頻率導(dǎo)波長(zhǎng)確定，倒置L形波導(dǎo)頂部腔體高度由天線陣高度壓縮量確定，但要求 al-a3-t〉d。所述饋電波導(dǎo)2寬度與輻射波導(dǎo)1相同，饋電波導(dǎo)2上壁寬度無(wú)嚴(yán)格要求，但滿足b2+b3+t=bl限制，高度a2由保證電磁波主模傳輸要求確定， 一個(gè)簡(jiǎn)單的方法是選擇饋電波導(dǎo)橫截面尺寸與輻射波導(dǎo)完全相同。所述寬帶雙L形波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣所有波導(dǎo)壁厚統(tǒng)一為t。 所述矩形金屬膜片的尺寸主要由子陣中單元數(shù)確定，保證單個(gè)子陣輸入端口匹配， 高度取值范圍為d (al-a3-1)，寬度為0. 25bl~0. 5bl。所述"工"字形耦合縫的中間部分寬度Wcl為0. 048&~0. 08& ;上下部分寬度Wcl 為0. 096;i0 0.192& ，高度H為0. 064^~0. 096^ 。所述天線陣的輸入/輸出端口為同軸結(jié)構(gòu)的50歐姆同軸連接器3，同軸連接器與饋 電波導(dǎo)構(gòu)成T形結(jié)構(gòu)的3dB功分器，同軸連接器內(nèi)導(dǎo)體與饋電波導(dǎo)腔體連接處設(shè)置一匹 配塊6，具體為一個(gè)矩形金屬膜片，如圖2、圖3、圖5和圖6所示，其尺寸Wm、 hm 和Lm由最終天線端口電壓駐波比優(yōu)化確定。通常要求給出一定的指標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)天線， 一般的寬帶波導(dǎo)縫隙天線的指標(biāo)為駐波帶 寬、方向圖、增益和掃描角或結(jié)構(gòu)尺寸方面的限制等，下面將說(shuō)明如何根據(jù)指標(biāo)要求來(lái) 設(shè)計(jì)本實(shí)用新型所述的天線。假設(shè)給定的頻率范圍為其中/)為最低頻率，A為最高頻率，《是中心頻率。 同軸接頭可以是N型接頭或者SMA接頭等。具體的參數(shù)確定如下如圖2和圖3所示根據(jù)頻率范圍、天線空間掃描角或雙極化線陣結(jié)構(gòu)限制的空間 范圍，確定波導(dǎo)的寬度bl;根據(jù)實(shí)際需要的輻射單元間距Le長(zhǎng)度，獲得需要的波導(dǎo)波 長(zhǎng)，進(jìn)而得到波導(dǎo)的截止波長(zhǎng)，確定波導(dǎo)的高度al;輻射縫長(zhǎng)包括輻射波導(dǎo)上壁開縫長(zhǎng) 度和切入側(cè)壁深度(bl+2d)，由中心頻率/。確定，約等于0.5;i。，輻射縫寬Wr滿足 2W/^〈a的細(xì)長(zhǎng)縫要求，可以選擇1 2.5mm;輻射縫隙間距Le滿足波導(dǎo)諧振陣要求， 等于0.54。， &。為中心頻率波導(dǎo)波長(zhǎng)，但必須滿足工作頻帶內(nèi)天線不出現(xiàn)柵瓣的限制， 要求小于0.9^， ^是最高頻率點(diǎn)的自由空間波長(zhǎng)；線陣終端短路位置L由f。確定， 最佳選取Ls^0.25;ig。；激勵(lì)金屬膜片緊貼于輻射縫兩邊，其尺寸h和w由分塊后子陣 單元數(shù)和子陣端口匹配優(yōu)化確定，膜片厚度選擇0.6 1.0mm。如圖3所示饋電波導(dǎo)寬度的選取與輻射波導(dǎo)寬度bl相同，根據(jù)《主模傳輸要求 確定波導(dǎo)的高度a2，最簡(jiǎn)便的方法是選擇饋電波導(dǎo)與輻射波導(dǎo)尺寸完全一致。如圖3所示，輻射波導(dǎo)與饋電波導(dǎo)重疊公共高度部分a3由實(shí)際天線壓縮量確定， 但滿足a3<al-d-t的尺寸限制。所有波導(dǎo)壁厚t由機(jī)械加工能力確定，可以在0.6 lmm之間選擇。如圖2、圖4、圖5、圖6和圖7所示，折疊"工"字形耦合縫隙開于兩個(gè)波導(dǎo)側(cè)壁 之間，完全切割輻射波導(dǎo)和饋電波導(dǎo)之間的公共壁，耦合縫寬度Wcl遠(yuǎn)小于縫長(zhǎng)，選擇 范圍為1. 5~2. 5mm，兩端矩形尺寸H和Wc2根據(jù)功分器駐波比計(jì)算仿真確定，選擇范圍 分別為2~3腦和3 6mrn，饋電波導(dǎo)終端短路面與耦合縫隙距離Lt約為0.5&。。如圖l、圖2、圖3所示同軸接頭選擇SMA接頭，匹配塊寬度Wm、厚度hm和長(zhǎng) 度Lm根據(jù)駐波比由最終天線端口匹配計(jì)算仿真確定。根據(jù)以上步驟確定各幾何參數(shù)尺寸如下所述輻射波導(dǎo)腔體尺寸為bl=9mm， b2=4mm， al=lram;所述饋電波導(dǎo)腔體尺寸為a2=18mm， a3=9.7mm， b3=4mm;所述輻射單元間距尺寸為L(zhǎng)e=25mm=0.5;ig。，終端短路面距離Ls=12.5mm;所述輻射縫隙尺寸縫長(zhǎng)^l+2c^9+2x2.6-14.2mm-0.4544;^， Wr=2mm;所述激勵(lì)矩形金屬膜片尺寸w-3.8誦，h=4mm,厚度=1鵬；所述耦合縫隙尺寸Wcl-2誦，Wc2二4誦，H-2咖，終端短路面距離 Ls=27. 3mm=0.546^p0;所述匹配金屬塊尺寸wm=2.8mm， hm=6. lmm， Lm=8. 6mm; 波導(dǎo)壁厚t=lmm。輸出端口同軸連接器選擇商用SMA接頭。上述的;10=31.25111111，為天線工作中心頻率自由空間波長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)頻率為9.6GHz，在 所選擇的波導(dǎo)管內(nèi)對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)波長(zhǎng);ig。為50mm。本具體實(shí)施例天線長(zhǎng)度為402 ,高度為28. 3mm(包括波導(dǎo)壁厚)，寬度為llmm(包 括波導(dǎo)壁厚)，與相同性能的常規(guī)矩形波導(dǎo)縫隙天線(高度為40mm)相比，高度降低了 29.25%。圖8是本實(shí)用新型均勻分布X波段天線樣品端口電壓駐波比隨頻率變化的曲線。在 KS股《1.5的指標(biāo)條件下，駐波帶寬為9.23到10.01GHz，即天線的相對(duì)帶寬為8.1%。圖9 圖11給出了本實(shí)用新型所述均勻分布X波段天線高、中、低三個(gè)頻點(diǎn)上的輻 射方向圖及交叉極化分量。比較這幾條曲線，不難發(fā)現(xiàn)，該均勻分布波導(dǎo)縫隙線陣在 9. 2GHz-10. OGHz范圍內(nèi)副瓣低于-13dB，交叉極化低于-45dB。圖12給出了本實(shí)用新型所述均勻分布X波段天線陣樣品，通過(guò)16根線陣組成面陣 測(cè)試得到的天線陣效率曲線，該天線陣在9. 2GHz 10, OGHz的800MHz范圍內(nèi)效率高于 65%。，以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí) 用新型具體實(shí)施僅限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不 脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí) 用新型由所提交的權(quán)利要求書確定的實(shí)用新型保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、寬帶雙L形波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣，包括輻射波導(dǎo)、饋電波導(dǎo)和同軸連接器，所述同軸連接器通過(guò)金屬匹配塊設(shè)于饋電波導(dǎo)下部，其特征在于所述輻射波導(dǎo)為橫截面為倒L形的波導(dǎo)管；所述饋電波導(dǎo)為橫截面為L(zhǎng)形的波導(dǎo)管，且位于輻射波導(dǎo)下部，輻射波導(dǎo)和饋電波導(dǎo)對(duì)應(yīng)配合的橫截面呈矩形；所述輻射波導(dǎo)窄邊等間距設(shè)置至少四條輻射縫隙，每條輻射縫隙兩邊分別設(shè)有矩形金屬膜片；相鄰輻射縫隙之間間距為0.5λg0，λg0為中心頻率波導(dǎo)波長(zhǎng)；所述輻射波導(dǎo)和饋電波導(dǎo)的公共波導(dǎo)壁上設(shè)有兩條“工”字形耦合縫；所述輻射縫隙終端距離最后一個(gè)輻射縫隙0.25λg0距離處短路；所述饋電波導(dǎo)終端距離耦合縫隙0.5λg0距離處短路；所述天線陣分成兩個(gè)相同的子陣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶雙L形波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣，其特征在于所述輻 射縫隙為垂直于輻射波導(dǎo)縱向軸線的直縫，輻射縫隙長(zhǎng)約為o.5;i0， A是中心頻率自由 空間波長(zhǎng)，縫寬范圍為十分之一至八分之一輻射縫隙長(zhǎng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶雙L形波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣，其特征在于所述矩 形金屬膜片的高度為d (al-a3-1)，寬度為0. 2bl~0. 5bl;其中輻射縫隙深度d，輻射波導(dǎo)高度al，輻射波導(dǎo)與饋電波導(dǎo)重疊高度a3，波導(dǎo)壁 厚t，輻射波導(dǎo)上壁寬度bl。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶雙L形波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣，其特征在于所述"工" 字形耦合縫完全切割輻射與饋電波導(dǎo)之間的公共波導(dǎo)壁，中間細(xì)長(zhǎng)部分寬度為 0.048^ 0.08;io;上下部分緊貼于兩側(cè)波導(dǎo)壁，寬度為0.096^ 0. 192^，高度為 0. 064^~0. 096 V
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶雙L形波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣，其特征在于 所述輻射波導(dǎo)窄邊等間距設(shè)置16條輻射縫隙，16條輻射縫隙天線陣分成相同的兩個(gè)輻射子陣，每個(gè)輻射子陣中距離最后一個(gè)輻射縫隙0.25義g。距離處短路，構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立 的諧振式天線子陣，每個(gè)輻射子陣的輻射波導(dǎo)和饋電波導(dǎo)之間設(shè)有"工"字形耦合縫隙。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶雙L形波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣，其特征在于所述的 同軸連接器為SMA同軸接頭，或N型接頭。
專利摘要本實(shí)用新型涉及無(wú)線電波接收、發(fā)射用寬帶雙L形波導(dǎo)窄邊縫隙天線陣。解決了公知天線陣厚度較大、加工難度大、制造成本高的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是輻射波導(dǎo)為橫截面是L形的金屬波導(dǎo)管；饋電波導(dǎo)也為橫截面是L形的金屬波導(dǎo)；在輻射波導(dǎo)窄邊開有由多個(gè)成對(duì)矩形金屬膜片激勵(lì)的非傾斜直輻射縫隙；所述天線陣從中間分成兩個(gè)子陣，由所述饋電波導(dǎo)分別激勵(lì)饋電。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)緊湊、橫截面小、效率高和交叉極化分量低，同時(shí)還具有低損耗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于加工的優(yōu)勢(shì)。可以廣泛應(yīng)用于通信和雷達(dá)系統(tǒng)中，特別是適合于與壓縮寬邊波導(dǎo)縫隙陣一起，構(gòu)成雙極化波導(dǎo)縫隙天線陣，應(yīng)用于高分辨多極化星載合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)H01Q13/10GK201134509SQ200720042499
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者張玉梅, 偉 汪, 劍 金, 齊美清 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所