一種高交叉極化的波導縫隙陣天線的制作方法
【專利摘要】一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，包括脊波導（1）、脊（2）、波導輻射縫隙（5）；還包括微擾金屬膜片，在脊波導（1）的內(nèi)部，脊（2）兩側的脊槽深度b相等；波導輻射縫隙（5）位于脊波導（1）寬邊的中心線上；微擾金屬膜片的數(shù)量與波導輻射縫隙5的數(shù)量一致，相鄰兩個微擾金屬膜片交錯的處于相鄰兩個波導輻射縫隙（5）的兩側，用于補償相鄰兩個波導輻射縫隙（5）之間180°的相差。
【專利說明】一種高交叉極化的波導縫隙陣天線
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，特別是涉及對稱脊波導寬邊中心開縫天線微擾金屬膜片的應用，屬于天線【技術領域】。
【背景技術】
[0002]由波導縫隙天線的輻射原理可知，通過切斷波導表面電流的流線來激勵電場，激勵強度與截斷處電流的密度以及縫隙的長度有關。波導表面的電流分布如圖1所示。
[0003]波導輻射縫隙的切縫形式如圖2所示。通常波導窄邊切縫天線的縫隙形式如圖中縫隙4所示，寬邊切縫的縫隙形式如圖中縫隙I所示?？p隙I開在波導寬邊中心線偏置X處，在常規(guī)波導中，開在波導寬邊中心線處的縫隙由于不切割表面電流，所以不能產(chǎn)生輻射場。
[0004]一般的波導是關于中心線對稱的，對主模而言，開在波導中心線的縱向縫隙由于不切割電流線，所以不產(chǎn)生福射場。Julius green和Harold Slmitkin等人所提出非對稱脊波導寬邊開縫縫隙陣天線。由于不對稱脊波導沿寬邊中心線兩邊不對稱，使得波導內(nèi)場中心發(fā)生了位移dx，縫隙開在波導寬邊中心線上，而不在波導內(nèi)場的中心線上，因此該縫隙能夠產(chǎn)生輻射場，圖3所示為寬邊中心開縫的不對稱脊波導。通過改變脊波導的不對稱程度，就可以控制波導內(nèi)場中心的位置，從而達到改變場中心位移dx，以控制縫隙的輻射電平，實現(xiàn)天線口徑的加權。
[0005]為了補償相鄰單元之間180°的相位差，在不對稱脊波導中心線開縫的陣列天線中，必須使用波導不對稱段的方向來進行補償。相鄰縫隙對應的脊波導段的相接處，存在槽深bl及b2的不連續(xù)性，為了減小不連續(xù)性的影響，同時也為了加工的方便，在不連續(xù)處采用圓弧過渡。如圖4所示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的技術解決問題是:克服現(xiàn)有技術的設計難度大，產(chǎn)品加工周期長，產(chǎn)品質量重的不足，提供一種對稱脊波導寬邊中心開縫天線的設計。
[0007]本發(fā)明的技術解決方案一是:一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，包括脊波導、脊、波導輻射縫隙還包括微擾金屬膜片，在脊波導的內(nèi)部，脊兩側的脊槽深度相等；波導輻射縫隙位于脊波導寬邊的中心線上；微擾金屬膜片的數(shù)量與波導輻射縫隙的數(shù)量一致，相鄰兩個微擾金屬膜片交錯的處于相鄰兩個波導輻射縫隙的兩側，用于補償相鄰兩個波導輻射縫隙之間180°的相差。
[0008]本發(fā)明技術方案二是:一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，包括脊波導、脊、波導輻射縫隙；脊波導、脊、波導輻射縫隙構成不對稱脊波導內(nèi)腔結構，還包括微擾金屬膜片，微擾金屬膜片的數(shù)量與波導輻射縫隙的數(shù)量一致，相鄰兩個微擾金屬膜片交錯的處于相鄰兩個波導輻射縫隙的兩側。
[0009]本發(fā)明技術方案三是:一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，包括矩形波導和波導輻射縫隙；其特征在于:還包括微擾金屬膜片，微擾金屬膜片的數(shù)量與波導輻射縫隙的數(shù)量一致，相鄰兩個微擾金屬膜片交錯的處于相鄰兩個波導輻射縫隙的兩側。
[0010]所述的波導輻射縫隙處于矩形波導的寬邊中心線上。
[0011]所述的波導輻射縫隙的寬度為W，w的選取范圍為0〈w〈s，s為脊的寬度。
[0012]所述的波導輻射縫隙的數(shù)量大于等于2個。
[0013]所述的微擾金屬膜片的高度h的選取范圍為0〈h〈d ;厚度e的選取范圍為0<e<s/2 ;長度L的選取范圍為(Ag/4)〈L〈(3Ag/4)，其中λ g為所選取波導對應工作頻率下的波導波長，s為脊的寬度，脊的高度=b_d。
[0014]所述的微擾金屬膜片的形狀為長方體，或者圓柱體或不規(guī)則形體。
[0015]本發(fā)明的設計原理:通過在波導腔體內(nèi)部加入一定尺寸的金屬膜片，其作用是改變在波導寬邊內(nèi)壁縫隙兩側的電流線流經(jīng)路徑，從而獲得等效的縫隙偏置量dx ;通過金屬膜片的插入深度來調(diào)節(jié)輻射縫隙的等效偏置量dx，從而實現(xiàn)輻射縫隙的幅度加權。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有益效果為:
[0017]1、本發(fā)明通過對傳統(tǒng)不對稱脊波導寬邊中心縫隙天線陣設計方法的改進，采用對稱脊波導寬邊中心開輻射縫隙設計，并在縫隙邊緣處向波導內(nèi)腔方向加載微擾金屬膜片的方法，降低了天線整體的設計難度。
[0018]原有的設計方法對于不同的場中心偏置量dx，縫隙對應的波導截面bl、b2都不一樣，并且bl、b2在控制dx的同時，還必須保證波導波長不變，設計難度較大。本文所提出的設計方法，bl、b2選取相同的值，通過在縫隙一側加載金屬膜片的高度h控制dx，由于加載的金屬膜片的厚度e可以控制在加工所允許的盡可能小的尺寸，其沿波導內(nèi)腔方向的加載不會對傳播方向波導波長造成明顯影響。所以，該設計方法可以降低天線整體的設計難度。
[0019]2、本發(fā)明采用對稱脊波導(即bl=b2的不對稱脊波導)中心開縫的設計，改變原有的縫隙陣天線在相鄰2個縫隙之間脊槽深度bl及b2的交替變化為脊槽深度不變，有效的簡化了天線的機構設計難度及機械加工的難度。
[0020]3、本發(fā)明采用對稱脊波導的形式，通過加載膜片的高度h控制縫隙的偏置量dx，有效降低了天線的整體高度；在實際加工中，有效的減小了天線的整體重量。
[0021]4、本發(fā)明所采用的膜片加載的設計方法，同樣可以與不對稱脊波導的設計方法組合使用，作為偏置量dx控制的又一方法。
[0022]5、本發(fā)明原理簡單，設計容易，具有應用方便、性能優(yōu)良、結構緊湊等實用優(yōu)點，回避了傳統(tǒng)的不對稱脊波導中線縫隙陣列天線設計難度大、加工周期長的缺點；所應用的基本技術成熟、便于工程化應用等特點，具有很強的競爭力。
[0023]6、本發(fā)明由于改變了現(xiàn)有的不對稱脊波導中心縫隙天線陣在加工時不對稱脊槽的交替變換為對稱脊槽設計，所以可以簡化加工過程，縮短加工周期；采用對稱脊槽的設計可以有效降低天線的總高度，減輕天線重量；在具有高極化純度要求的多極化星載SAR天線應用中，具有很強的實用性和市場競爭力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為波導表面電流分布示意圖；[0025]圖2為波導輻射縫隙的切割方式；
[0026]圖3為寬邊中心開縫的不對稱脊波導；
[0027]圖4為不對稱脊波導寬邊中心縫隙陣列；
[0028]圖5、6分別為本發(fā)明對稱脊波導中心開縫的波導縫隙陣列天線三維圖和二維平面圖；
[0029]圖7為本發(fā)明天線截面放大圖；
[0030]圖8為本發(fā)明天線局部放大圖；
[0031]圖9為本發(fā)明天線中心頻率輻射方向圖仿真結果。
【具體實施方式】
[0032]如圖5、6、7所示，本發(fā)明為一種對稱脊波導中心開縫的波導縫隙陣列天線，由對稱單脊波導I (包括波導脊2、脊槽3、4)、輻射縫隙5以及圍繞金屬膜片6、7組成。
[0033]對稱陣單脊波導I兩側的脊槽深度3、4相等，輻射縫隙5位于脊波導寬邊的中心處，加載的微擾金屬膜片6、7交替分布于輻射縫隙5的兩側。在脊波導I的內(nèi)部，脊2兩側的脊槽深度b相等；波導輻射縫隙5位于脊波導I寬邊的中心線上；波導輻射縫隙5的縫隙寬度為w，w的選取范圍為0〈w〈s ;輻射縫隙5的數(shù)量大于等于2個，微擾金屬膜片的數(shù)量與波導輻射縫隙5的數(shù)量一致，相鄰兩個微擾金屬膜片交錯的處于相鄰兩個波導輻射縫隙5的兩側(如圖8所示，微擾金屬膜片6、7交錯分布于輻射縫隙5兩側)，用于補償相鄰兩個波導輻射縫隙5之間180°的相差，微擾金屬膜片6、7的高度可以控制輻射縫隙5的電場強度。
[0034]微擾金屬膜片的高度為h，h的選取范圍為0〈h〈d ;膜片的厚度為e，e的選取范圍為0〈e〈S/2;膜片的長度為L，L的選取范圍為(Xg/4)〈L〈(3Xg/4)，其中Xg為所選取波導對應工作頻率下的波導波長；s為脊2的寬度，脊2的高度=b-d。微擾金屬膜片的形狀不限定為長方體，可以為圓柱體或不規(guī)則形體。
[0035]微擾金屬膜片的設計不僅可以用于對稱脊波導中心開縫的縫隙陣天線，也可以作為不對稱脊波導中心開縫天線設計時調(diào)節(jié)偏置量dx的輔助應用手段。具體如下:
[0036]一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，包括脊波導1、脊2、波導輻射縫隙5 ;脊波導
1、脊2、波導輻射縫隙5構成不對稱脊波導內(nèi)腔結構，其特征在于:還包括微擾金屬膜片，微擾金屬膜片的數(shù)量與波導輻射縫隙5的數(shù)量一致，相鄰兩個微擾金屬膜片交錯的處于相鄰兩個波導輻射縫隙5的兩側。微擾金屬膜片的相關尺寸設計同上。
[0037]本發(fā)明設計思路同樣可是適用于矩形波導寬邊中心線開縫天線的設計。具體:一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，包括矩形波導和波導輻射縫隙5和微擾金屬膜片，微擾金屬膜片的數(shù)量與波導輻射縫隙5的數(shù)量一致，相鄰兩個微擾金屬膜片交錯的處于相鄰兩個波導輻射縫隙5的兩側。微擾金屬膜片的相關尺寸設計同上。
[0038]微擾金屬膜片的高度h可以用于控制輻射縫隙5的輻射電平，實現(xiàn)天線口徑的加權。具體設計思路如下:
[0039]首先按照任務要求，設計一個滿足頻率要求的對稱單脊波導，d值的選擇不能過小，要考慮以后加載微擾膜片的安裝空間。其次，按照常規(guī)的設計方法，將輻射縫隙開在偏離中心線處，獲得滿足要求的偏置量dx。再次，不改變輻射縫隙的寬度w與長度L，將輻射縫隙開在寬邊中心線處，并在縫隙的一側，向波導腔體內(nèi)部加載一個厚度為e，高度為h，長度為L的微擾金屬膜片；e的選擇以不改變原有波導的波導波長為宜，e和h的初值選擇滿足如下關系:dx ^ e+2h。最后將以上參數(shù)帶入目如現(xiàn)有的聞頻電磁場仿真軟件(例如HFSS等)重新計算，如有需要可對高度h進行微調(diào)。
[0040]按照上述介紹本發(fā)明所設計的示例天線具體尺寸如下所示:
[0041]對稱單脊波導I的截面為:a=18.5mm, b=8.6mm
[0042]脊2 的尺寸為:s=8mm, d=l.25mm
[0043]福射縫隙的尺寸為:w=l.6mm, L=29.5mm
[0044]加載金屬膜片的尺寸為:e=0.8mm, h=0.7mm
[0045]本發(fā)明的天線在5.4GHz時輻射性能設計結果見圖9。
[0046]可以看到，天線的最大輻射方向為正前方，采用等幅同相加權的天線副瓣約為12.5dB，在最大輻射方向對應的交叉極化優(yōu)于65dB，在主極化的3dB波束寬度對應范圍的交叉極化優(yōu)于50dB。
[0047]本發(fā)明是一種性能優(yōu)良、設計方法簡單、易加工且重量較輕的波導縫隙陣列天線。適用于對極化純度要求高的多極化陣列天線，具有很強的實用性及市場競爭力。
[0048]本發(fā)明未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。
【權利要求】
1.一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，包括脊波導(I)、脊(2)、波導輻射縫隙(5);其特征在于:還包括微擾金屬膜片，在脊波導(I)的內(nèi)部，脊(2)兩側的脊槽深度b相等；波導輻射縫隙(5)位于脊波導(I)寬邊的中心線上；微擾金屬膜片的數(shù)量與波導輻射縫隙(5)的數(shù)量一致，相鄰兩個微擾金屬膜片交錯的處于相鄰兩個波導輻射縫隙(5)的兩側，用于補償相鄰兩個波導輻射縫隙(5)之間180°的相差。
2.一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，包括脊波導(I)、脊(2)、波導輻射縫隙(5);脊波導(I)、脊(2)、波導輻射縫隙(5)構成不對稱脊波導內(nèi)腔結構，其特征在于:還包括微擾金屬膜片，微擾金屬膜片的數(shù)量與波導輻射縫隙(5)的數(shù)量一致，相鄰兩個微擾金屬膜片交錯的處于相鄰兩個波導輻射縫隙(5)的兩側。
3.一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，包括矩形波導和波導輻射縫隙(5);其特征在于:還包括微擾金屬膜片，微擾金屬膜片的數(shù)量與波導輻射縫隙(5)的數(shù)量一致，相鄰兩個微擾金屬膜片交錯的處于相鄰兩個波導輻射縫隙(5)的兩側。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，其特征在于:所述的波導輻射縫隙(5)處于矩形波導的寬邊中心線上。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，其特征在于:所述的波導輻射縫隙(5)的寬度為w, w的選取范圍為0〈w〈s, s為脊(2)的寬度。
6.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，其特征在于:所述的波導輻射縫隙(5)的數(shù)量大于等于2個。
7.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，其特征在于:所述的微擾金屬膜片的高度h的選取范圍為0〈h〈d ;厚度e的選取范圍為0〈e〈S/2 ;長度L的選取范圍為(Ag/4)〈L〈(3Ag/4)，其中λ 8為所選取波導對應工作頻率下的波導波長，s為脊(2)的寬度，脊(2)的高度=b-d。
8.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種高交叉極化的波導縫隙陣天線，其特征在于:所述的微擾金屬膜片的形狀為長方體，或者圓柱體或不規(guī)則形體。
【文檔編號】H01Q21/24GK103682650SQ201310489070
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權日:2013年10月17日
【發(fā)明者】趙泓懿, 薛兆璇, 王旭艷 申請人:西安空間無線電技術研究所