專利名稱：一種超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元。
背景技術(shù)：
波導(dǎo)縫隙陣列天線無口徑遮擋效應(yīng)和能量照射漏失，可精確控制天線口徑電流分布，從而容易實現(xiàn)超低副瓣。同時它具有體積小、重量輕、口徑效率高、功率容量大等特點， 因此在機載火控雷達(dá)、制導(dǎo)、通信、遙測、遙感、天文及電視廣播等方面有著非常廣闊的應(yīng)用前景。目前，波導(dǎo)縫隙陣的工作帶寬成為該天線應(yīng)用的瓶頸，因此，研制一種超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元天線具有重要的現(xiàn)實意義。目前波導(dǎo)縫隙陣的工作帶寬一般小于5. 5 %，大型陣列要達(dá)到5.5 %的工作帶寬須采用多層饋電網(wǎng)絡(luò)進行饋電，這就必然增加整體陣列的加工和焊接難度?，F(xiàn)有的寬帶過模波導(dǎo)縫隙陣列天線，其駐波小于2的工作帶寬約20 %，但由于側(cè)面無隔片，其組陣后天線單元間的互耦嚴(yán)重，將影響整體陣列的性能，且天線仍無法滿足駐波和方向圖工作帶寬均超過40 %的要求，無法實現(xiàn)雙頻段或者單頻雙極化工作。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決一般波導(dǎo)縫隙陣列天線工作帶寬窄、組陣后互耦補償困難且不易調(diào)節(jié)等問題，本發(fā)明提供一種超寬帶波導(dǎo)縫隙陣列天線單元，駐波和方向圖工作帶寬的均超過40 %，且由該單元組陣的大型天線陣列無須進行互耦補償就可實現(xiàn)良好的駐波性能和方向圖技術(shù)指標(biāo)，同時該單元所加的金屬脊片，可用于另一頻段的波導(dǎo)窄邊縫隙陣設(shè)計，從而實現(xiàn)大型雙頻段波導(dǎo)縫隙陣設(shè)計。本發(fā)明的目的具體通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)
一種超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，包括饋電波導(dǎo)、過模波導(dǎo)，饋電波導(dǎo)與過模波導(dǎo)的下端面中心相連，其特征在于所述過模波導(dǎo)的上表面切割設(shè)置有2行X2列的輻射縫隙，所述過模波導(dǎo)的上表面按照2行X2列的輻射縫隙的間隔之間安裝設(shè)置有3個隔片，每兩個隔片之間設(shè)置有2個輻射縫隙；并且過模波導(dǎo)的每個邊緣內(nèi)側(cè)均有2個輻射縫隙。通過隔片將輻射縫隙分割開，既展寬了天線的工作頻帶，又增加了輻射縫隙間的隔離。所述隔片的長度方向與過模波導(dǎo)的長邊方向一致。同時，所述過模波導(dǎo)中間設(shè)置有用以形成傳輸高次膜的空腔，該空腔為長方體狀， 亦可為棱線倒圓角的長方體狀。沿過模波導(dǎo)空腔腔體的長邊方向，輻射縫隙的外邊緣和位于最外側(cè)的隔片的內(nèi)邊緣一般均與過模波導(dǎo)空腔腔體的長邊內(nèi)壁齊平；沿過模波導(dǎo)空腔腔體的短邊方向，輻射縫隙的外邊緣與過模波導(dǎo)空腔腔體的短邊內(nèi)壁齊平。所述輻射縫隙的兩端可為倒有圓角的弧形邊，可以為直邊。所述過模波導(dǎo)空腔腔體內(nèi)設(shè)置有金屬脊片，所述金屬脊片的長度與過模波導(dǎo)空腔腔體的長度相同。進一步地，饋電波導(dǎo)可以為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)，只能傳輸TElO模式，過模波導(dǎo)為可傳輸高次模式的非標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)。進一步地，饋電波導(dǎo)亦可為非標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)，根據(jù)整體天線的工作帶寬要求，結(jié)合過模波導(dǎo)的尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，組成大型陣列時，饋電波導(dǎo)與一分多路寬帶功分器的輸出相連。進一步地，所述過模波導(dǎo)的寬邊尺寸一般超過一個工作波長(中心頻率)，以實現(xiàn)過模工作，波導(dǎo)高度根據(jù)工作帶寬要求結(jié)合金屬脊片進行優(yōu)化設(shè)計。

進一步地，位于最外側(cè)的兩個隔片用以隔離2行X2列的輻射縫隙之間的較強的互耦，同時展寬了單元的E面波束寬度；亦可用作窄邊波導(dǎo)縫隙陣的波導(dǎo)使用。進一步地，所述過模波導(dǎo)為過模傳輸波導(dǎo)，與金屬脊片配合，可以展寬工作頻帶， 同時亦可與位于過模波導(dǎo)上表面中間的隔片組合成一個波導(dǎo)，在中間的隔片的上端(即波導(dǎo)的窄邊)切割傾斜或者非傾斜縫隙構(gòu)成波導(dǎo)窄邊縫隙陣列，即可實現(xiàn)雙極化或者雙頻段天線工作。本發(fā)明的工作原理為通過單模饋電波導(dǎo)在過模波導(dǎo)的下端面中心饋電，激勵起多種可傳輸?shù)牟▽?dǎo)模式，設(shè)置于過模波導(dǎo)腔體內(nèi)的金屬脊片用于展寬工作帶寬，2行X2列的輻射縫隙切割過模波導(dǎo)的上表面電流，產(chǎn)生往自由空間的輻射；通過在過模波導(dǎo)上表面設(shè)置的間隔于輻射縫隙之間的3個隔片對兩列輻射縫隙的互耦起隔離作用，同時，位于過模波導(dǎo)上表面中間的隔片與金屬脊片的結(jié)合使用極大了展寬了天線的工作頻帶，并把天線的E面波束寬度展寬，同時亦可作為波導(dǎo)窄邊縫隙陣列，實現(xiàn)雙極化或者雙頻工作。本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明采用“加脊過模波導(dǎo)縫隙”的新型結(jié)構(gòu)，簡單、緊湊，巧妙實現(xiàn)了天線單元的超寬帶工作，天線駐波和方向圖的工作帶寬均超過40 %，且保證了單元之間組合成大型陣列時，天線單元之間的隔離度，使大型陣列的天線幾乎不用采取互耦補償措施，且可實現(xiàn)雙極化或者雙頻工作；過模波導(dǎo)通過加入金屬脊片，進一步展寬頻帶，加入隔片可展寬工作頻帶，并在組成陣列時隔離相鄰輻射縫隙單元，減小互耦；同時金屬脊片和隔片相結(jié)合或者組陣時與相鄰的隔片相結(jié)合可用作一個單獨的輻射器，從而實現(xiàn)雙頻段或者雙極化工作。


圖1是本發(fā)明的具體實施方式
的俯視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的主視結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是圖1的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明的一具體實施例的駐波仿真結(jié)果示意5是本發(fā)明的一具體實施例的單元E面仿真方向6是本發(fā)明的一具體實施例的單元H面仿真方向圖
以上附圖中，附圖標(biāo)記為1饋電波導(dǎo)，2過模波導(dǎo)，3金屬脊片，4-7輻射縫隙，8-10隔片。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。如圖1所示，一種超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，包括饋電波導(dǎo)1、過模波導(dǎo)2，一種超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，包括饋電波導(dǎo)1、過模波導(dǎo)2，饋電波導(dǎo)1與過模波導(dǎo)2的下端面中心相連，所述過模波導(dǎo)2的上表面切割設(shè)置有2行X2列的輻射縫隙4、5、6、7，所述過模波導(dǎo)2 的上表面按照2行X 2列的輻射縫隙4、5、6、7的間隔之間安裝設(shè)置有3個隔片8、9、10，每兩個隔片之間設(shè)置有2個輻射縫隙，即隔片8、9之間設(shè)置有輻射縫隙4、5，隔片9、10之間設(shè)置有輻射縫隙6、7 ；并且過模波導(dǎo)2的每個邊緣內(nèi)側(cè)均有2個輻射縫隙。通過隔片8、9、10 將輻射縫隙4、5、6、7分割開，既展寬了天線的工作頻帶，又增加了輻射縫隙間的隔離。所述隔片8、9、10 的長度方向與過模波導(dǎo)2的長邊方向一致；
同時，所述過模波導(dǎo)2中間設(shè)置有用以形成傳輸高次膜的空腔，該空腔為長方體狀，亦可為棱線倒圓角的長方體狀。沿過模波導(dǎo)2空腔腔體的長邊方向，輻射縫隙4、5、6、7的外邊緣和位于最外側(cè)的隔片8、10的內(nèi)邊緣一般均與過模波導(dǎo)2空腔腔體的長邊內(nèi)壁齊平 ’沿過模波導(dǎo)2空腔腔體的短邊方向，輻射縫隙4、5、6、7的外邊緣與過模波導(dǎo)2空腔腔體的短邊內(nèi)壁齊平。所述輻射縫隙4、5、6、7的兩端可為倒有圓角的弧形邊，可以為直邊。所述過模波導(dǎo)2空腔腔體內(nèi)設(shè)置有金屬脊片3，所述金屬脊片3的長度與過模波導(dǎo) 2空腔腔體的長度相同。進一步地，饋電波導(dǎo)1可以為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)，只能傳輸TElO模式，過模波導(dǎo)2為可傳輸高次模式的非標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)。進一步地，饋電波導(dǎo)1亦可為非標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)，根據(jù)整體天線的工作帶寬要求，結(jié)合過模波導(dǎo)2的尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，組成大型陣列時，饋電波導(dǎo)1與一分多路寬帶功分器的輸出相連。進一步地，所述過模波導(dǎo)2的寬邊尺寸一般超過一個工作波長(中心頻率)，以實現(xiàn)過模工作，波導(dǎo)高度根據(jù)工作帶寬要求結(jié)合金屬脊片3進行優(yōu)化設(shè)計。進一步地，位于最外側(cè)的兩個隔片用以隔離2行X2列的輻射縫隙之間的較強的互耦，同時展寬了單元的E面波束寬度；亦可用作窄邊波導(dǎo)縫隙陣的波導(dǎo)使用。進一步地，所述過模波導(dǎo)2為過模傳輸波導(dǎo)，與金屬脊片3配合，可以展寬工作頻帶，同時亦可與位于過模波導(dǎo)上表面中間的隔片9組合成一個波導(dǎo)，在中間的隔片9的上端 (即波導(dǎo)的窄邊)切割傾斜或者非傾斜縫隙構(gòu)成波導(dǎo)窄邊縫隙陣列，即可實現(xiàn)雙極化或者雙頻段天線工作。本發(fā)明的工作原理為通過單模饋電波導(dǎo)1在過模波導(dǎo)2的下端面中心饋電，激勵起多種可傳輸?shù)牟▽?dǎo)模式，設(shè)置于過模波導(dǎo)2腔體內(nèi)的金屬脊片3用于展寬工作帶寬，2 行X2列的輻射縫隙切割過模波導(dǎo)2的上表面電流，產(chǎn)生往自由空間的輻射；通過在過模波導(dǎo)上表面設(shè)置的間隔于輻射縫隙之間的3個隔片對兩列輻射縫隙的互耦起隔離作用，同時，位于過模波導(dǎo)上表面中間的隔片9與金屬脊片3的結(jié)合使用極大了展寬了天線的工作頻帶，并把天線的E面波束寬度展寬，同時亦可作為波導(dǎo)窄邊縫隙陣列，實現(xiàn)雙極化或者雙頻工作。上述結(jié)構(gòu)具體設(shè)計時，過模波導(dǎo)2的上表面設(shè)置有2行X2列的輻射縫隙4、5、6、 7和三個隔片8、9、10。那么過模波導(dǎo)2的寬邊尺寸約為1. 12 λ，窄邊尺寸約為0. 293 λ， 波導(dǎo)長度約為0.448 λ ；金屬脊片3的尺寸為1. 12 λ Χ0. 22 λ Χ0. 17 λ ；輻射縫隙4、5、 6、7的尺寸均為0. 544 λ Χ0. 11 λ Χ0. 144 λ，輻射縫隙的端頭倒圓角；隔片9的尺寸為1. 12 λ xo. 22 λ χο. 097 λ，隔片8和10可根據(jù)陣列單元間的間距進行調(diào)節(jié)，以滿足陣元間距小于半波長的要求。以X頻段的超寬帶波導(dǎo)縫隙單元天線為實例進行說明，過模波導(dǎo)2的寬邊尺寸約為33. 5mm，窄邊尺寸約為13. 4mm，波導(dǎo)長度約為8. 8mm ；金屬脊片3的尺寸為 33. 5mmX 6. 6mmX 5. Imm ；輻射縫隙 4、5、6、7 的尺寸均為 16. 34mmX 3. 4mmX 4. 3mm，縫隙的端頭倒半徑為1. 7mm的圓角；隔片9的尺寸為33. 5mmX6. 6mmX 2. 9mm,隔片8和10可根據(jù)陣列單元間的間距進行調(diào)節(jié)，以滿足陣元間距小于半波長的要求。對其輻射特性進行了驗證，具體如下
a)仿真天線駐波小于2的帶寬有41%，如圖4所示；
b)單元E面仿真方向圖，如圖5所示；
c)單元H面仿真方向圖，如圖6所示。最后說明的是上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的 技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，包括饋電波導(dǎo)(1)、過模波導(dǎo)(2)，饋電波導(dǎo)(1)與過模波導(dǎo)(2)的下端面中心相連，其特征在于所述過模波導(dǎo)(2)的上表面切割設(shè)置有2行X2 列的輻射縫隙(4、5、6、7)，所述過模波導(dǎo)(2)的上表面按照2行X2列的輻射縫隙(4、5、6、 7)的間隔之間安裝設(shè)置有3個隔片(8、9、10)，每兩個隔片之間設(shè)置有2個輻射縫隙；并且過模波導(dǎo)(2)的每個邊緣內(nèi)側(cè)均有2個輻射縫隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，其特征在于所述隔片(8、9、10)的長度方向與過模波導(dǎo)(2)的長邊方向一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，其特征在于所述過模波導(dǎo)(2)中間設(shè)置有用以形成傳輸高次膜的空腔，該空腔為長方體狀，或者為棱線倒圓角的長方體狀；沿過模波導(dǎo)(2)空腔腔體的長邊方向，輻射縫隙(4、5、6、7)的長邊的外邊緣和位于最外側(cè)的隔片(8、10)的內(nèi)邊緣均與過模波導(dǎo)(2)空腔腔體的長邊內(nèi)壁齊平；沿過模波導(dǎo)(2)空腔腔體的短邊方向，輻射縫隙(4、5、6、7)的短邊的外邊緣與過模波導(dǎo)(2)空腔腔體的短邊內(nèi)壁齊平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，其特征在于所述輻射縫隙(4、 5、6、7)的兩端為倒有圓角的弧形邊，或者為直邊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，其特征在于所述過模波導(dǎo)(2)空腔腔體內(nèi)設(shè)置有金屬脊片(3)，所述金屬脊片(3)的長度與過模波導(dǎo)(2)空腔腔體的長度相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，其特征在于所述饋電波導(dǎo)(1)為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)時，傳輸TElO模式；過模波導(dǎo)(2)為可傳輸高次模式的非標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)；所述饋電波導(dǎo)(1)為非標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)時，饋電波導(dǎo)(1)與大型陣列中的一分多路寬帶功分器的輸出相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，其特征在于所述過模波導(dǎo)(2)的寬邊尺寸超過一個工作波長。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，其特征在于位于最外側(cè)的兩個隔片(8、10)用作窄邊波導(dǎo)縫隙陣的波導(dǎo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，其特征在于所述過模波導(dǎo)(2)為過模傳輸波導(dǎo)時，與金屬脊片(3)、位于過模波導(dǎo)(2)上表面中間的隔片(9)組合成一個波導(dǎo)， 在中間的隔片(9)的上端切割傾斜或者非傾斜縫隙構(gòu)成波導(dǎo)窄邊縫隙陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，其特征在于首先通過單模饋電波導(dǎo)在過模波導(dǎo)(2)的下端面中心饋電，激勵起多種可傳輸?shù)牟▽?dǎo)模式；然后通過設(shè)置于過模波導(dǎo)(2)空腔腔體內(nèi)的金屬脊片(3)展寬工作帶寬，通過在過模波導(dǎo)(2)上表面切割設(shè)置的2行X2列的輻射縫隙(4、5、6、7)切割過模波導(dǎo)(2)上表面的電流，產(chǎn)生往自由空間的輻射，同時，通過在過模波導(dǎo)(2)上表面設(shè)置的間隔于輻射縫隙(4、5、6、7)之間的3個隔片 (8、9、10)對兩列輻射縫隙的互耦起隔離作用；位于過模波導(dǎo)(2)上表面中間的隔片(9)與金屬脊片(3)的結(jié)合還展寬了天線的工作頻帶，并把天線的E面波束寬度展寬，同時亦可作為波導(dǎo)窄邊縫隙陣列，實現(xiàn)雙極化或者雙頻工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種超寬帶波導(dǎo)縫隙陣單元，包括上下連接的饋電波導(dǎo)、過模波導(dǎo)，過模波導(dǎo)中間留有空腔，所述過模波導(dǎo)的上表面切割設(shè)置有2行×2列的輻射縫隙，所述2行×2列的輻射縫隙的間隔之間設(shè)置有3個隔片，所述隔片設(shè)置于過模波導(dǎo)的上表面，每兩個隔片之間設(shè)置有2個輻射縫隙；本發(fā)明采用“加脊過模波導(dǎo)縫隙”的新型結(jié)構(gòu)，簡單、緊湊，巧妙實現(xiàn)了天線單元的超寬帶工作，天線駐波和方向圖的工作帶寬均超過40﹪，且保證了單元之間組合成大型陣列時，天線單元之間的隔離度，使大型陣列的天線幾乎不用采取互耦補償措施，同時所述隔片亦可作為窄邊縫隙陣列天線的波導(dǎo)，從而實現(xiàn)雙極化或者雙頻工作。
文檔編號H01Q1/52GK102324624SQ20111015396
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者任冬梅, 崔奉云, 莊馗, 李林翠, 楊春, 王強, 簡榮華, 趙鵬 申請人:中國工程物理研究院電子工程研究所