專利名稱：高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線的電訊技術(shù)，特別是一種X波段或以上(Ku、K波段)高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)X波段或以上(Ku、K波段)連續(xù)波雷達(dá)基本上都采用收發(fā)分支的天線形式，目的是讓天線連續(xù)發(fā)射電磁波?？紤]到雷達(dá)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固，制造成本以及接收性能，不能將雷達(dá)收發(fā)天線的間距設(shè)計(jì)得過大(收發(fā)天線邊緣間距一般不超過3個(gè)波長)，但是如果收發(fā)天線之間的間距太小，發(fā)射天線所發(fā)射的電磁波就會(huì)直接耦合進(jìn)入接收天線，這對(duì)雷達(dá)的接收性能影響非常大，如果在信號(hào)處理部分進(jìn)行去噪聲處理，將會(huì)提高雷達(dá)研制成本?！0005]如何在保證雷達(dá)結(jié)構(gòu)、性能、成本都優(yōu)良的前提下，提高收發(fā)天線之間的隔離度是連續(xù)波雷達(dá)天線急需要解決的問題。目前國內(nèi)頻率在X波段或以上(Ku、K波段)的收發(fā)天線的形式多采用波導(dǎo)裂縫的形式，通過控制收發(fā)天線的間距和增加反射板實(shí)現(xiàn)高隔離，但目前隔離度仍然不能滿足要求，而且為提高隔離度采取的措施如增加反射板會(huì)使方向圖有所畸變，因此實(shí)現(xiàn)高隔離性能優(yōu)良的X波段或以上(Ku、K波段)波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線仍是雷達(dá)當(dāng)前需要攻克的一個(gè)難題。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線，該天線設(shè)計(jì)巧妙，收發(fā)天線之間的隔離度高。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)解決方案一種高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線，包括上下放置的兩根波導(dǎo)窄邊裂縫陣1，分別作為收發(fā)天線，天線為水平極化，天線前方延伸有喇叭口 3。兩波導(dǎo)的寬邊上下側(cè)朝喇叭口方向各設(shè)一 U形扼流槽，該扼流槽的槽深d3為O. 15 O. 25個(gè)波長，槽寬dl為波導(dǎo)窄邊尺寸的O. 4 O. 8倍。 U形扼流槽可以采用如下結(jié)構(gòu)兩波導(dǎo)的寬邊上下側(cè)分別設(shè)有L形脊22，L形脊22與波導(dǎo)寬邊之間形成所述U形扼流槽。(兩個(gè)脊高度dl均為波導(dǎo)窄邊尺寸的O. 4 O. 8倍，厚度d2無特殊要求在4-5mm，扼流槽的槽深即d3為脊離開開縫窄邊的距離，取值在O. 15 O. 25個(gè)波長。)U形扼流槽還可以采用另一種結(jié)構(gòu)，即在兩波導(dǎo)的寬邊上下側(cè)分別設(shè)有一條凸起的脊21，脊21與波導(dǎo)寬邊及喇叭口之間形成所述U形扼流槽。收發(fā)天線的喇叭口面上設(shè)有條狀金屬柵格5，柵條間距d7為O. 15 O. 3個(gè)波長，柵條寬度d5為lmm-2. 5mm。所述收發(fā)天線之間還設(shè)有一塊隔離板4，該隔離板距離收發(fā)天線的間距d8相等，均為O. 25 I個(gè)波長，該隔離板前端超出天線口面距離d9為O. 3 O. 7個(gè)波長。收發(fā)天線的喇叭口邊緣之間間距d4為O. 5 2個(gè)波長。所述的收發(fā)天線均設(shè)有天線罩。[0017]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)上下放置的兩個(gè)單根波導(dǎo)窄邊裂縫陣列天線，在波導(dǎo)寬邊加裝扼流裝置，設(shè)計(jì)合理的扼流槽槽深，可以提高兩個(gè)天線之間的隔離度。本實(shí)用新型的天線前方延伸成為喇叭口形狀用來將波束寬度變窄，喇叭口面上設(shè)置條狀柵格，設(shè)計(jì)柵條的粗細(xì)和它們之間的間距，也可以起到提高收發(fā)隔離度的作用；本實(shí)用新型在收發(fā)天線之間安裝一塊金屬隔離板，可在保證收發(fā)天線間距很小的前提下，提高收發(fā)天線的隔離度；本實(shí)用新型的收發(fā)天線上下邊緣之間選擇一個(gè)比較小、比較合適的距離值，提高了收發(fā)天線的隔離度。以上各波長指傳輸信號(hào)的波長。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為 由于X波段或以上(Ku、K波段)連續(xù)波雷達(dá)不是采用脈沖體制，而是要連續(xù)發(fā)射電磁波，因此必須采用收發(fā)天線獨(dú)立分開的形式。采用收發(fā)獨(dú)立分開的天線形式，收發(fā)天線之間的隔離度是一個(gè)很重要的技術(shù)指標(biāo)。要提高收發(fā)天線之間的隔離度，增大收發(fā)天線的間距是比較有效的手段，但是如果將收發(fā)天線的間距設(shè)計(jì)得過大(收發(fā)天線邊緣間距一般不超過3個(gè)波長)，雷達(dá)整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性、制造成本及接收性能就會(huì)受到較大的影響；如果將收發(fā)天線間距設(shè)計(jì)過小，會(huì)導(dǎo)致收發(fā)天線之間的隔離度變差，這就需要在雷達(dá)信號(hào)處理部分進(jìn)行去噪聲處理，這將會(huì)大大提高雷達(dá)的研制成本。為此本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一個(gè)高隔離波導(dǎo)裂縫天線，通過多種手段改善收發(fā)隔離度，既可以將收發(fā)天線的間距做得很小，又能使收發(fā)隔離度較高。波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線，由于開在波導(dǎo)窄邊的隙縫有一定的傾角，因此會(huì)產(chǎn)生水平和垂直兩個(gè)方向的電場(chǎng)，即存在垂直交叉極化(主極化為水平極化)，而且這類天線的交叉極化電平會(huì)比較高。理論計(jì)算可以知道交叉極化的電平太高，不僅會(huì)減弱隔離度，也會(huì)造成主極化的副瓣電平比較高，而過多的能量進(jìn)入副瓣電平，將使得主極化天線增益下降，反之降低交叉極化電平可以提高天線的增益和隔離度。要降低交叉極化，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的X波段或以上(Ku、K波段)波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線采取了多種降低交叉極化的結(jié)構(gòu)，如增加扼流槽和柵格，設(shè)計(jì)合適的扼流槽的深度、柵條的粗細(xì)和柵條的間距，可以使垂直方向的電場(chǎng)產(chǎn)生180度的相位差和截止交叉極化的傳輸，從而降低交叉極化，提高收發(fā)天線的隔離度。為了提高天線間的隔離度，本實(shí)用新型在收發(fā)天線之間加裝一個(gè)金屬隔離板，借此反射發(fā)射天線的入射能量，但要控制好隔離板突出天線口面的尺寸以免引起方向圖的畸變。為了提高隔離度需要盡量減小天線之間的直接耦合，最直接的辦法就是加大二者之間的距離，以此減弱空間耦合，但尺寸會(huì)很大，不符合工程的需要。通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算可以知道隨著收發(fā)天線間間距的變化，收發(fā)天線之間的隔離度也在變化而且變化的量值還比較大，因此本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了合適的距離既滿足隔離的要求，又滿足實(shí)際工程的需要，必要而
有意義。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，便于運(yùn)輸。采用了多種手段以提高收發(fā)天線之間的隔離度，使得收發(fā)天線的間距可以設(shè)計(jì)的比較小(二者邊緣之間的間距在O. 5 2個(gè)波長)，因此天線的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，體積小巧，便于雷達(dá)整機(jī)的快速架設(shè)和撤收。[0029]經(jīng)過以上設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型的收發(fā)天線間隔離度明顯提高，綜合以上技術(shù)手段，隔離度可以達(dá)到國際先進(jìn)水平70dB以上，遠(yuǎn)超過了目前國內(nèi)的50dB-60dB，而且為了防水、防潮、防鹽霧設(shè)計(jì)的天線罩在滿足風(fēng)速等海上使用環(huán)境的情況對(duì)波瓣和隔離度幾乎無影響。


圖I為實(shí)施例一的天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為U形扼流槽形成的結(jié)構(gòu)示意圖之一。圖3為圖2對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)與脊的側(cè)視圖。圖4為U形扼流槽形成的結(jié)構(gòu)示意圖之二。圖5為實(shí)施例三中格柵的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖5的局部放大圖。圖7為實(shí)施例四的天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為實(shí)施例五的天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為實(shí)施例六的天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為采用實(shí)施例六制得的天線，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在微波暗室的實(shí)測(cè)情況。圖中1_波導(dǎo)；11_寬邊；12_窄邊；21_脊；22_L形脊；3_喇叭口 ；4_隔離板；5-柵格；6-U形扼流槽；7-背板。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明以下各實(shí)例中提及的各波長指傳輸信號(hào)的波長。實(shí)施例一本實(shí)用新型的X波段或以上(Ku、K波段)窄邊波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線如圖I所示，它包括上下放置的窄邊裂縫陣的兩根波導(dǎo)1，分別作為收發(fā)天線，天線為水平極化，天線前方延伸有喇叭口 3，喇叭口 3后端連接在背板7上。如圖2、圖3所示，該天線在波導(dǎo)I的寬邊上下側(cè)各增加一條凸起的脊21，波導(dǎo)I與脊21可采用鋁材或銅材一體拉制成型的方式制得，脊21與波導(dǎo)寬邊11及喇叭口后部之間形成U形扼流槽6，兩條脊21高度dl均為波導(dǎo)窄邊尺寸的O. 7 (O. 4 O. 8均可)倍，厚度d2無特殊要求，一般可取為4-5mm，U形扼流槽的深度d3 (脊距離開縫的窄邊距離)為O. 19(O. 15 O. 25均可)個(gè)波長。波導(dǎo)I通過連接件連接在喇叭3上或背板7上。該U形扼流槽的設(shè)計(jì)可降低交叉極化能量，增強(qiáng)波導(dǎo)的強(qiáng)度，減弱由于多個(gè)加工縫隙而引起的波導(dǎo)變形和方向圖畸變。實(shí)施例二 如圖4所示，本實(shí)用新型的窄邊波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線，U形扼流槽采用另一種結(jié)構(gòu)形式，其它部分同實(shí)施列一。L形脊與波導(dǎo)采用鋁材一體拉制成型的方式制得，兩波導(dǎo)的寬邊上下側(cè)分別設(shè)有L形脊22，L形脊22與波導(dǎo)寬邊之間形成U形扼流槽6。兩條L形脊22高度dl均為波導(dǎo)窄邊尺寸的O. 4 (O. 4 O. 8均可)倍，U形扼流槽的深度d3 (BP脊距離開縫的窄邊距離)為O. 19 (O. 15 O. 25均可)個(gè)波長。L形脊厚度d2和dlO無特殊要求，一般可取為4-5_。L形脊22的一邊與喇叭口的后部配合安裝。波導(dǎo)I通過連接件連接在喇叭3上或背板7上。實(shí)施例三如圖5、圖6所示，為了進(jìn)一步提高收發(fā)天線的隔離度，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型在喇叭口增加了金屬柵格。單根波導(dǎo)窄邊裂縫陣在垂直方向的波瓣較寬，為了壓縮垂直方向波瓣寬度，在波導(dǎo)裂縫陣的前方，一般用金屬板加工成為喇叭口 3形狀，其側(cè)視圖見圖5。根據(jù)指標(biāo)要求，喇叭口張角約為20°，天線的極化方式為水平極化，由于電場(chǎng)必須垂直于金屬壁，因此在喇叭口面上安裝豎直的條狀柵格5，可以使交叉極化得到一定程度的抑制，并且這樣設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步改善收發(fā)隔離度，通過理論計(jì)算和軟件仿真，柵條寬度d5為2 mm (1_2. 5mm均可)之間，厚度d6為2 mm(1-2. 5mm均可)之間，柵條間距d7為O. 3 (O. 15 O. 3均可)個(gè)波長。實(shí)施例四如圖7所示，為了進(jìn)一步提高收發(fā)天線的隔離度，在實(shí)施例三的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型合理設(shè)計(jì)了收發(fā)天線喇叭邊緣的間距。收發(fā)天線兩個(gè)喇叭口的邊緣之間間距d4很小，一 般取O. 5 2個(gè)波長，較小的間距不僅增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本，本實(shí)例取O. 9個(gè)波長。實(shí)施例五如圖8所示，為了進(jìn)一步提高收發(fā)天線的隔離度，在實(shí)施例三的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型合理在收發(fā)天線之間安裝一塊矩形金屬隔離板4，金屬隔離板4放置在收發(fā)天線的中間，距離收發(fā)天線的間距d8相同，為O. 25 I個(gè)波長。隔離板通過連接件連接在背板7上。經(jīng)過理論計(jì)算和仿真，確定金屬隔離板4超出天線口面距離d9為O. 3 O. 7個(gè)波長。實(shí)施例六如圖9所示，為了使天線結(jié)構(gòu)緊湊并降低副瓣，本實(shí)用新型中的X波段(頻率9. lGHz-9. 7GHz)收發(fā)天線均選用單根波導(dǎo)窄邊裂縫陣形式，其中波導(dǎo)的寬邊尺寸為22. 86mm，窄邊尺寸為10. 16mm。根據(jù)天線副瓣以及波瓣寬度的要求，在波導(dǎo)的窄邊上選取合適的位置，加工不同深度、傾角的縫隙作為輻射單元，基本形式如圖5、圖6所示。波導(dǎo)窄邊上加工多個(gè)縫單元，縫間距為半個(gè)導(dǎo)內(nèi)波長(導(dǎo)內(nèi)波長指波導(dǎo)內(nèi)的波長)左右，根據(jù)電流分布確定各個(gè)縫的深度和傾角。如圖2所示，采用鋁材拉制形式在波導(dǎo)的寬邊上下側(cè)各增加一條脊21，用來與寬邊形成U形扼流槽，以此降低交叉極化能量，同時(shí)脊可以增強(qiáng)波導(dǎo)的強(qiáng)度，減弱由于多個(gè)加工縫隙而引起的波導(dǎo)變形和方向圖的畸變。兩個(gè)脊高度dl為波導(dǎo)窄邊尺寸的O. 6倍，脊厚度d2無特殊要求，一般可取為4-5mm，本實(shí)例取5mm，U形扼流槽d3為脊距離開縫窄邊的距離，取O. 2個(gè)波長。單根波導(dǎo)窄邊裂縫陣在垂直方向的波瓣較寬，為了壓縮垂直方向波瓣寬度，在波導(dǎo)裂縫陣的前方，用金屬板加工成為喇叭口 3形狀，其側(cè)視圖見圖I。根據(jù)指標(biāo)要求，喇叭口張角約為20°，收發(fā)天線兩個(gè)喇叭口的邊緣間距d4很小，僅為I. 4個(gè)波長，較小的間距不僅增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。天線的極化方式為水平極化，由于電場(chǎng)必須垂直于金屬壁，因此在喇叭口 3面上安裝豎直的條狀柵格5，如圖5、圖6，可以使交叉極化得到一定程度的抑制，并且這樣設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步改善收發(fā)隔離度，通過理論計(jì)算和軟件仿真，柵條寬度d5為2mm,厚度d6為2mm之間,柵條間距d7為O. 3個(gè)波長。柵格一般采用金屬柵格，如銅材或鋁材。為了進(jìn)一步提高收發(fā)天線之間的隔離度，在收發(fā)天線之間安裝一塊矩形金屬隔離板4，金屬隔離板放置在收發(fā)天線的中間，距離收發(fā)天線的間距d8相同，為O. 7個(gè)波長。經(jīng)過理論計(jì)算和仿真，確定金屬隔離板4超出天線口面距離d9為O. 5個(gè)波長，收發(fā)天線的邊緣之間間距d4選擇在I. 4個(gè)波長效果最好。通過上述的幾種設(shè)計(jì)手段，可以在收發(fā)天線間距很小的條件下，獲得比較理想的收發(fā)隔離度，通過本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的高隔離度收發(fā)天線可以使收發(fā)隔離度達(dá)到70dB以上，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。測(cè)試實(shí)例I :采用實(shí)施例六制得的X波段單根波導(dǎo)窄邊裂縫陣收發(fā)天線的隔離度，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在微波暗室的實(shí)測(cè)值如圖10所示，圖中I為不加天線罩的狀態(tài)，2為加裝了天線罩的狀態(tài)。由圖可見，收發(fā)天線的隔離度在70dB以上，在設(shè)計(jì)的頻帶內(nèi)90%的頻點(diǎn)可達(dá)75dB，
加裝天線罩和不加天線罩隔離度基本不變。
權(quán)利要求1.一種高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線，包括上下放置的兩根波導(dǎo)窄邊裂縫陣(I)，分別作為收發(fā)天線，天線為水平極化，天線前方延伸有喇叭口(3)，其特征是 兩根波導(dǎo)的寬邊上下側(cè)各設(shè)U形扼流槽，該U形扼流槽開口一側(cè)朝向喇叭口，該U形扼流槽的槽深(d3)為O. 15 O. 25個(gè)波長，槽寬(dl)為波導(dǎo)窄邊尺寸的O. 4 O. 8倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線，其特征是波導(dǎo)的寬邊上下側(cè)分別設(shè)有L形脊(22)，L形脊(22)與波導(dǎo)寬邊之間形成所述U形扼流槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線，其特征是兩波導(dǎo)的寬邊上下側(cè)分別設(shè)有一條凸起的脊(21)，脊(21)與波導(dǎo)寬邊及喇叭口之間形成所述U形扼流槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線，其特征是收發(fā)天線的喇叭口面上設(shè)有條狀金屬柵格(5)，其柵條間距(d7)為O. 15 O. 3個(gè)波長，柵條寬度(d5)為lmm-2. 5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線，其特征是所述收發(fā)天線之間還設(shè)有一塊隔離板(4)，該隔離板距離收發(fā)天線的間距(d8)相等，均為O. 25 I個(gè)波長，該隔離板前端超出天線口面距離(d9)為O. 3 O. 7個(gè)波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線，其特征是收發(fā)天線的喇叭口邊緣之間間距(d4)為O. 5 2個(gè)波長。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線，其特征是所述的收發(fā)天線均設(shè)有天線罩。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線，該天線設(shè)計(jì)巧妙，收發(fā)天線之間的隔離度高。該高隔離波導(dǎo)裂縫收發(fā)天線包括上下放置的兩根波導(dǎo)窄邊裂縫陣(1)，分別作為收發(fā)天線，天線為水平極化，天線前方延伸有喇叭口(3)，兩根波導(dǎo)的寬邊上下側(cè)各設(shè)U形扼流槽，該U形扼流槽開口一側(cè)朝向喇叭口，該U形扼流槽的槽深d3為0.15～0.25個(gè)波長，槽寬d1為波導(dǎo)窄邊尺寸的0.4～0.8倍。
文檔編號(hào)H01Q1/36GK202712413SQ201220298338
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者樊品, 石恒和, 王霄, 顧晶晶 申請(qǐng)人:南京長江電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司