專利名稱：梯形波導縫隙陣列天線單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在通信系統(tǒng)中使用的天線，尤其涉及一種梯形截面波導縫隙陣列 天線單元。
背景技術：
隨著雷達、精確制導、遙感和無線電通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，頻率資源日益緊張的問 題越來越突出，研制工作于更高頻段上的各種形式的天線已經是通信領域的迫切需要。在 眾多的微波毫米波天線中，波導縫隙陣列天線具有結構緊湊、機械強度好、饋電損耗低、輻 射效率高、功率容量大和可靠性高等優(yōu)點，近年來倍受重視。傳統(tǒng)的波導縫隙陣列天線采用 矩形金屬波導制成，但其缺點在于，帶寬受到輻射縫隙數(shù)的限制(MHamadallahFrequency limitations onbroad-band performance of shunt slot arrays, IEEE Trans Antennas Propagat Vol. 37，1989，pp :817_823)，輻射縫隙數(shù)越多則帶寬越窄。許多研究者通過給波 導加脊來改善這種情況，David Y.Kim把矩形波導縫隙天線陣的設計理論推廣到對稱單脊 波導寬邊縱向裂縫天線的設計上(D. Y.Kim, R. S.Elliott, A design procedurefor slot arrays fed by single ridged waveguide,IEEE Trans Antennas Propagat Vol. 36,1988, PP =1531-1536)。此后，有很多關于各種脊型波導縫隙天線的研究。加脊可以拓展波導的通 頻帶寬，但當天線的工作帶寬遠遠小于波導本身的通頻帶寬時，加脊的優(yōu)勢變得不明顯，而 且增加了加工工藝的復雜性。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種梯形波導縫隙陣列天線單元，可以在傳統(tǒng) 矩形波導縫隙陣列天線單元及加脊波導天線單元基礎上改善工作帶寬。本發(fā)明采用如下的技術方案一種用于通信系統(tǒng)的梯形波導縫隙陣列天線單元，包括梯形截面金屬波導，寬邊 設有輻射縫隙，輻射縫隙分列于寬邊中心線兩側，波導兩端均設有短路板，其中一端附近設 有饋電點。一種ku波段梯形波導縫隙陣列天線單元，橫截面為梯形結構，波導一端短路板附 近設計有同軸饋電裝置及調配螺釘。本發(fā)明的有益效果是，波導截面具有梯形結構，天線單元不使用介電材料，輻射縫 隙分列于寬邊中心線兩側，使得梯形波導縫隙陣列天線單元具有輻射效率高，低副瓣的優(yōu) 點，并可以改善相應的工作帶寬，而且隨著縫隙數(shù)量的增加更加明顯。


下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明的整體外觀效果圖。圖2是圖1的主視圖。
圖3是圖2的A——A面剖視圖。圖4是本發(fā)明實施例的E面輻射方向圖。圖5是本發(fā)明實施例的H面輻射方向圖。圖6a至6c是本發(fā)明實施例(TWSA)與梯形單脊波導縫隙天線單元(STWSA)帶寬 比較。圖中1-梯形截面波導，2-輻射縫隙，31-短路板，32-短路板，4-同軸饋電裝置， 51-調配螺釘，52-調配螺釘。
具體實施例方式圖1所示為一種用于通信系統(tǒng)的梯形波導縫隙陣列天線單元，圖2為圖1的主視 圖。包括梯形截面波導1，波導寬邊設有輻射縫隙2，縫隙長度為L2，縫隙間距為d，兩端分 別設有短路板31和32，其中短路板31距最近縫隙中心的距離為短路板32附近設有同 軸饋電裝置4，短路板32至同軸饋電裝置4的距離為L5，同軸饋電裝置4距最近縫隙中心 的距離為L6，同軸饋電裝置4附近設計有調配螺釘51和52，兩螺釘之間的距離為L3，調配 螺釘52至同軸饋電裝置4的距離為L4。圖3所示為梯形波導橫截面示意圖，梯形兩斜邊之間的夾角設計為45度，寬邊尺 寸為a，高b = a/2，調節(jié)a值可獲得不同的梯形波導截止波長，適用于不同工作頻率的梯形 波導縫隙陣列天線單元。本發(fā)明實施例為工作在ku波段的梯形波導縫隙陣列天線單元，中心工作頻率為 13GHz，輻射縫隙數(shù)為十縫。梯形波導橫截面寬邊尺寸a = 17. 31mm，高b = a/2，對應的波 導截止波長為28. 26mm。本發(fā)明實施例中輻射縫隙2為半圓頭矩形縫隙，縫隙中心線偏 移波導寬邊中心線的距離x由天線駐波比等要求確定，本實施例優(yōu)選為1mm?？p隙長度約 為中心工作波長的二分之一，本實施例優(yōu)選L2為x = 1mm時的諧振長度11. 28mm?？p隙間 距d=入g/2(入g為波導波長)=20. 00mm，輻射縫隙交替位于波導寬邊中心線的兩側，使 它們有著相同的饋電相位。優(yōu)選短路板31距最近縫隙的距離k = X g/4 = 10. 00mm。調 配螺釘51和52之間的距離L3及同軸饋電裝置4至短路板32的距離為L5優(yōu)選為\ g/2 = 20. 00mm。同軸饋電裝置4在本實施例中，置于波導寬邊中心線上，也可令其偏移中心線相 應的距離。同軸饋電裝置4距最近縫隙中心的距離L6應為\ g/2的整數(shù)倍，本實施例優(yōu)選 為L6 = g = 40. 00mm。調節(jié)同軸饋電裝置4的探針長度及調配螺釘52至同軸饋電裝置4 的距離L4和旋入深度可使天線單元在中心工作頻率附近達到良好的匹配，本實施例優(yōu)選L4 為 26. 67mm。圖4和圖5表示本發(fā)明實施例的E面和H面輻射方向圖。由圖4可知天線增益為 18. 28dB，前后比達到10dB以上，能量集中于前瓣。由圖5知天線第一旁瓣電平為-13. 62dB， 具有較低的副瓣，大部分集中在-20 -40dB之間。圖6a至6c分別表示TWSA與相同工作頻率，輻射縫隙數(shù)分別為六縫、八縫和十縫 的STWSA工作帶寬的比較結果?？芍?，在相同頻率范圍內，輻射縫隙數(shù)均為六縫時，雖然 STWSA比TWSA的帶寬稍微寬一些，但后者在中心頻率附近的VSWR更加接近1，駐波性能更 好。當輻射縫隙數(shù)量增加至八縫和十縫時，TWSA具有更寬的工作帶寬。特別是縫隙數(shù)目均 為十縫時，STWSA在工作頻率范圍內的VSWR均大于2，性能較差，而此時TWSA在工作頻率范圍內的VSWR基本上都小于2?？梢姡S著縫隙數(shù)量的增加，TffSA具有更寬的工作帶寬.
權利要求
一種梯形波導縫隙陣列天線單元，包括梯形截面波導、輻射縫隙、短路板和同軸饋電裝置，波導寬邊設有輻射縫隙，交替分列于寬邊中心線兩側，波導兩端均設有短路板，在其中一端附近采用同軸饋電，其特征在于，波導橫截面為梯形結構，同軸饋電點位于波導寬邊，且附近裝配有調配螺釘。
2.根據(jù)權利要求1所述的梯形波導縫隙陣列天線單元，其特征在于，波導橫截面為梯 形結構，且梯形兩斜邊的夾角為45度，其寬邊尺寸為高的二倍。
3.根據(jù)權利要求1所述的梯形波導縫隙陣列天線單元，其特征在于，同軸饋電點附近 裝配有兩個調配螺釘，調配螺釘之間的距離為波導波長的四分之一，調節(jié)同軸饋電裝置的 探針長度及調配螺釘至同軸饋電裝置的距離和旋入深度，可使天線單元在工作中心頻率附 近達到良好的匹配。
全文摘要
一種用于通信系統(tǒng)的梯形波導縫隙陣列天線單元，包括梯形截面金屬波導，輻射縫隙，短路板，同軸饋電裝置，調配螺釘。梯形截面兩斜邊之間的夾角設計為45度，寬邊尺寸為高的二倍。通過將輻射縫隙交替分列于波導寬邊的兩側，調節(jié)截面尺寸和縫隙長度，可形成工作于不同頻率的陣列天線單元。本天線單元不但具有高增益、低副瓣等傳統(tǒng)波導縫隙陣列天線單元的優(yōu)點，而且隨著縫隙數(shù)的增加可改善天線帶寬，易于加工制造。
文檔編號H01Q13/08GK101814661SQ20091022838
公開日2010年8月25日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權日2009年11月20日
發(fā)明者馮立營, 劉穎, 孫程光, 成丹, 王利強, 鄭宏興, 馬興兵 申請人:天津工程師范學院