一种宽带开口波导天线、制造方法及该天线构成的天线阵技术

本发明专利技术公开了一种宽带开口波导天线、制造方法及该天线构成的天线阵，包括金属壁、金属开口波导辐射器、矩形馈电缝隙、矩形多模波导腔、矩形馈电波导、第一指数渐变金属脊、第二指数渐变金属脊、谐振腔；根据频率范围、结构限制的空间范围的要求确定金属开口波导辐射器的口径尺寸、间距、矩形馈电波导的截面尺寸再进行制造上述宽带开口波导天线。本发明专利技术相比现有技术具有以下优点：本发明专利技术采用金属制作成波导天线，热传导性能好，有利于特殊工程应用中的热控设计；该宽带开口波导天线结构简单，降低了波导天线的加工难度，降低了生产成本；整个天线腔体结构均为金属制成，消除了因多种材料之间膨胀系数不同而导致的各种问题。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带开口波导天线、制造方法及该天线构成的天线阵
本专利技术涉及天线领域，尤其涉及的是一种宽带开口波导天线、制造方法及该天线构成的天线阵。
技术介绍
天线(antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。近些年来，随着卫星通讯的广泛应用，接收卫星广播通讯的天线系统得到了快速的发展。诸如用于直播卫星(DBS)通讯系统，需要低轮廓、高效率的天线系统，以提高系统的G/T值(G为天线系统的增益；T为天线系统的噪声温度)，来增加天线与卫星通讯的数据率。并且，天线的有效孔径受天线扫描体积的限制，对于给定的扫描体积，低轮廓天线可以得到最大的系统增益，从而提高整个系统的G/T值。相控阵天线指的是通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线。控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的。在特殊情况下，也可以控制副瓣电平、最小值位置和整个方向图的形状，例如获得余割平方形方向图和对方向图进行自适应控制等。用机械方法旋转天线时，惯性大、速度慢，相控阵天线克服了这一缺点，波束的扫描速度高。它的馈电相位一般用电子计算机控制，相位变化速度快(毫秒量级)，即天线方向图最大值指向或其他参数的变化迅速。这是相控阵天线的最大特点。随着相控阵雷达和通信系统的快速发展，对相控阵天线性能的要求越来越高。特别是基于机载、无人机载、弹载和星载等平台的相控阵雷达，除了要求相控阵天线具有宽频带、宽角扫描、高效率的性能，还要求天线具有小体积和高集成度的特点。适合于平面天线阵的辐射天线有多种形式，主要有波导缝隙天线、开口波导天线、印刷振子天线和微带贴片天线阵等。开口波导天线由于具有体积小、结构紧凑、机械强度好、可靠性高、使用寿命长等优点，并且在波导内腔加载馈电单脊或双脊可以扩展工作带宽，同时缩小腔体尺寸，减轻重量，因此成为上述相控阵雷达天线的优选方案之一。对于接收卫星直播通讯的天线系统来说，一般安装在飞机上或汽车顶部，因此这些天线系统都具有很好的机动性，从而对于这些天线的要求也就比较高。比如：小型化、低损耗、高增益、高效率等。为了减少天线系统的高度，天线一般设计为平面阵列天线，因此波导天线得到了很好的应用。现有的天线结构复杂，增加了天线的加工难度；制造天线所用的多种材料之间膨胀系数不同容易导致变形，层间脱离等隐患；选用原材料的热传导性能低，不适于特殊工程中的应用；分体制造结构降低了自身结构的强度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：结构复杂，加工难；易变形、层间脱离；热传导性能低差；加工成天线阵之后自身结构强度低；制造方法复杂成本高。为此，提供了一种宽带开口波导天线及其制造方法。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种宽带开口波导天线，包括金属壁、四个金属开口波导辐射器、矩形馈电缝隙、矩形多模波导腔、矩形馈电波导；所述金属壁为矩形框架结构，四个所述金属开口波导辐射器以2×2排列形式设于所述金属壁内，使得最终各金属开口波导辐射器被馈电均匀；所述矩形馈电缝隙纵向设于所述金属开口波导辐射器的底部中心，所述矩形馈电缝隙连接所述金属开口波导辐射器的底部和矩形多模波导腔，所述矩形多模波导腔为所述金属开口波导辐射器馈电；所述矩形馈电波导连接于所述矩形多模波导腔的正下方；所述金属开口波导辐射器中靠内一侧的中间位置设有第一指数渐变金属脊，所述金属开口波导辐射器中靠外一侧的中间位置设有所述第二指数渐变金属脊；所述第二指数渐变金属脊底部与所述金属开口波导辐射器内壁之间设有谐振腔。进一步的，四个金属开口波导辐射器相交处的轴中心线为所述宽带开口波导天线的中心线。进一步的，所述矩形馈电波导以所述宽带开口波导天线的中心线呈轴对称。以便于所述矩形馈电波导可以均匀的向矩形多模波导腔馈电。进一步的，所述金属开口波导辐射器的辐射口为长边和宽边形成的矩形。进一步的，所述长边为设有所述第一指数渐变金属脊或第二指数渐变金属脊的一边，所述宽边为与所述长边相交的一边。进一步的，所述金属开口波导辐射器辐射口的长边为0.56λ0，宽边为0.42λ0；两个所述金属开口波导辐射器在长边方向的间距为0.65λ0，宽边方向的间距为0.61λ0，所述λ0为中心频率时波长，大小为21.42mm。进一步的，所述矩形馈电波导的截面尺寸为长0.74λ0×宽0.36λ0。一种制造如权利要求1～7中任一项所述宽带开口波导天线的方法，包括以下步骤：(1)根据频率范围、结构限制的空间范围的要求确定金属开口波导辐射器的口径尺寸以及口径中长边和宽边方向的间距；(2)根据频率范围、结构限制的空间范围和最低频率下的主模传输要求确定矩形馈电波导的截面尺寸；(3)根据步骤(1)和(2)确定之后的各项数据来制造所述宽带开口波导天线。一种天线阵，包括至少两个以上阵列排布的所述宽带开口波导天线，相邻金属壁为公共壁。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术采用金属制作成波导天线，热传导性能好，与微带贴片天线相比，有利于特殊工程应用中的热控设计；该宽带开口波导天线结构简单，降低了波导天线的加工难度，降低了生产成本；整个天线腔体结构均为金属制成，消除了因多种材料之间膨胀系数不同而导致的变形，层间脱离等隐患。附图说明图1是本专利技术中宽带开口波导天线的立体结构示意图；图2是图1的俯视状态结构示意图；图3是图2中沿剖线A-A＇的剖视图；图4为本专利技术宽带开口波导天线口径尺寸标注图；图5为图2中沿剖线A-A＇的尺寸标注图；图6为本专利技术中第一指数渐变金属脊和第二指数渐变金属脊尺寸标注图；图7为图2中沿剖线B-B＇的尺寸标注图；图8为本专利技术中宽带开口波导天线的驻波图；图9为本专利技术中宽带开口波导天线的低频点方向图及交叉极化；图10为本专利技术中宽带开口波导天线的中心频点方向图及交叉极化；图11为本专利技术中宽带开口波导天线的高点方向图及交叉极化；图12为本专利技术4×4单元的天线阵结构示意图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1、2、3所示，一种宽带开口波导天线，包括金属壁1、金属开口波导辐射器2、矩形馈电缝隙6、矩形多模波导腔7、矩形馈电波导8、第一指数渐变金属脊3、第二指数渐变金属脊4、谐振腔5；所述金属壁1为矩形框架结构，所述金属开口波导辐射器2设于所述金属壁1内，所述金属开口波导辐射器2的辐射口为矩形；所述第一指数渐变金属脊3设于所述金属开口波导辐射器2中靠内一侧的中间位置，所述第二指数渐变金属脊4设于所述金属开口波导辐射器2中靠外一侧的中间位置；所述谐振腔5设于所述第二指数渐变金属脊4底部与所述金属开口波导辐射器2内壁之间；所述矩形馈电缝隙6纵向设于所述金属开口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带开口波导天线，其特征在于：包括金属壁、四个金属开口波导辐射器、矩形馈电缝隙、矩形多模波导腔、矩形馈电波导；所述金属壁为矩形框架结构，四个所述金属开口波导辐射器以2×2排列形式设于所述金属壁内；所述矩形馈电缝隙纵向设于每个金属开口波导辐射器的底部中心，所述矩形馈电缝隙连接所述金属开口波导辐射器的底部和矩形多模波导腔；所述矩形馈电波导连接于所述矩形多模波导腔的正下方；每个金属开口波导辐射器内靠内一侧的中间位置设有第一指数渐变金属脊，靠外一侧的中间位置设有第二指数渐变金属脊；所述第二指数渐变金属脊底部开设有谐振腔。

【技术特征摘要】
1.一种宽带开口波导天线，其特征在于：包括金属壁、四个金属开口波导辐射器、矩形馈电缝隙、矩形多模波导腔、矩形馈电波导；所述金属壁为矩形框架结构，四个所述金属开口波导辐射器以2×2排列形式设于所述金属壁内；所述矩形馈电缝隙纵向设于每个金属开口波导辐射器的底部中心，所述矩形馈电缝隙连接所述金属开口波导辐射器的底部和矩形多模波导腔；所述矩形馈电波导连接于所述矩形多模波导腔的正下方；每个金属开口波导辐射器内靠内一侧的中间位置设有第一指数渐变金属脊，靠外一侧的中间位置设有第二指数渐变金属脊；所述第二指数渐变金属脊底部开设有谐振腔。2.根据权利要求1所述的一种宽带开口波导天线，其特征在于：四个金属开口波导辐射器阵列的轴中心线为所述宽带开口波导天线的中心线。3.根据权利要求2所述的一种宽带开口波导天线，其特征在于：所述矩形馈电波导以所述宽带开口波导天线的中心线呈轴对称。4.根据权利要求1所述的一种宽带开口波导天线，其特征在于：所述金属开口波导辐射器的辐射口为由长边和宽边形成的矩形，长边的长度大于宽边的长度。5.根据权利要求4所述的一种宽带开口波导天线，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶玉如，张洪涛，汪伟，金谋平，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34