一种圆极化波导缝隙天线及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种圆极化波导缝隙天线及其设计方法。圆极化波导缝隙天线包括为中空金属波导管的金属波导管，在沿金属波导管延伸方向的同一侧面上设有平行的两排靠背波导壁，同排上的靠背波导壁间隔设置。每个靠背波导壁上开设有一对横向直缝隙，每对横向直缝隙切割入靠背波导壁两侧的波导壁。在同排的靠背波导壁上，相邻两个靠背波导壁之间开设有一个纵向直缝隙，两排纵向直缝隙偏离金属波导管的中心线。同排上、或两排之间的纵向直缝隙与成对的横向直缝隙均间隔设置。两排纵向直缝隙的中心和相应一对的横向直缝隙的中心处于金属波导管呈“L”的形同一横截面内。本发明专利技术还供开圆极化波导缝隙天线的设计方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种天线及其设计方法，尤其涉及一种圆极化波导缝隙天线及其设计方法。
技术介绍
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。波导缝隙天线阵由于其高效、易于幅相控制、加工简单等因素得以大量应用，特别是雷达系统。波导缝隙天线阵有行波阵和驻波阵(谐振阵)两种，波导行波阵带宽较宽、有频扫特性，但其效率较低，适合做大型平面阵列；驻波阵效率高、带宽较窄，适合做小型平面阵列。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、低轮廓、低损耗、高增益等。为了减少天线系统的高度，天线一般设计为平面阵列天线，因此波导缝隙天线阵得到了很好的应用。商业卫星通讯系统中，卫星接收和发射的信号都是圆极化波，这样无论雷达和卫星成什么夹角，都不会引起交叉极化分量。也就是说卫星接收和发射圆极化波，不会引起极化的失配从而引起数据传输的效率的降低。美国现有矩形波导宽边中心开“X”缝隙的漏波天线和低损耗低轮廓双极化波导月牙缝隙天线阵，但这两种圆极化天线都是波导行波天线，存在工作宽带内波束指向色散、效率低等问题。现有的脊波导宽边横向直缝隙天线(张洪涛，汪伟，齐美清，专利号201110356616.9)、脊波导倾斜缝隙对天线(汪伟，张洪涛，齐美清等，专利号：200910184962.6)、宽带双L形波导窄边缝隙天线阵(汪伟，金剑等，专利号：200720042499.8)和一种宽带单脊波导宽边纵缝驻波天线(金剑，汪伟等，专利号：200620169079.1)中，各天线均为脊波导单线极化天线。现有技术中还有一种圆极化波导驻波天线(张洪涛，汪伟，专利号：200910185457.3)，其包含了馈电波导和开口波导两层结构，结构上较为复杂，天线厚度较厚，并且圆极化带宽较窄。现有技术中还有一种圆极化天线(汪伟，齐美清，张洪涛等，专利号：201310454644.3)，其采用单脊波导中开设两种辐射缝隙：倾斜缝隙对和纵向直缝隙，从而形成圆极化天线，但是这种圆极化天线由于受现实加工工艺的限制，该种圆极化天线在毫米波段很难加工实现。现有技术中的天线结构较为复杂、且工作效率较低，无法满足日益发展的军事化要求。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种具有良好的宽频带特征，结构简单，便于单独组成大型平面阵的圆极化波导缝隙天线及其设计方法，用以解决现有技术中天线结构较为复杂、且工作效率较低，无法满足日益发展的通信和雷达系统需求的问题。本专利技术的解决方案是：一种圆极化波导缝隙天线，其包括金属波导管，金属波导管的管壁上开设有若干纵向直缝隙、和若干纵向直缝隙相对应且均为对称倾斜缝隙的若干成对的横向直缝隙；若干纵向直缝隙相互平行且沿平行于金属波导管的延伸方向设置，若干成对的横向直缝隙相互平行且沿垂直于金属波导管的延伸方向设置；金属波导管为中空金属波导管，且在沿金属波导管延伸方向的同一侧面上设有平行的两排靠背波导壁，同排上的靠背波导壁间隔设置；每个靠背波导壁上开设有一对横向直缝隙，每对横向直缝隙切割入靠背波导壁两侧的波导壁；在同排的靠背波导壁上，相邻两个靠背波导壁之间开设有一个纵向直缝隙，两排纵向直缝隙偏离金属波导管的中心线；同排上的纵向直缝隙与成对的横向直缝隙间隔设置，两排之间的纵向直缝隙与成对的横向直缝隙也间隔设置；两排纵向直缝隙的中心和相应一对的横向直缝隙的中心处于金属波导管呈“L”的形同一横截面内。作为上述方案的进一步改进，两排靠背波导壁之间也交错设置，使在具有靠背波导壁的位置，金属波导管的横截面呈“L”形。进一步地，金属波导管满足以下条件：金属波导管的底面波导壁的宽度(a)小于0.7波长；靠背波导壁的宽度(b)小于0.35波长；金属波导管的底面波导壁的高度(ah)小于0.5波长；靠背波导壁的高度(bh)为0.25波长。作为上述方案的进一步改进，金属波导管的一端为天线输入口，另一端设置为封闭短路或接匹配负载。作为上述方案的进一步改进，金属波导管上的若干纵向直缝隙等间距设置，若干成对的横向直缝隙等间距设置，且相邻两对横向直缝隙的间隔长度与相邻两个纵向直缝隙的间隔长度相同。作为上述方案的进一步改进，金属波导管的材料为金属材料，或为表面镀金属的复合材料。本专利技术还提供一种圆极化波导缝隙天线的设计方法，用于设计上述任意圆极化波导缝隙天线，其包括以下步骤：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金属波导管的截面尺寸；根据截面尺寸确定金属波导管上纵向直缝隙和横向直缝隙的设置参数；根据所述截面尺寸和所述设置参数制造圆极化波导缝隙天线。作为上述方案的进一步改进，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金属波导管的截面尺寸包括：金属波导管的底面波导壁的宽度(a)小于0.7波长；靠背波导壁的宽度(b)小于0.35波长；金属波导管的底面波导壁的高度(ah)小于0.5波长；靠背波导壁的高度(bh)为0.25波长。进一步地，根据截面尺寸确定金属波导管上纵向直缝隙的设置参数包括：纵向直缝隙的长度Ls由下式确定：Ls＝0.45λ0；纵向直缝隙的宽度Ws由下式确定：0.1λ0≤Ws≤0.125λ0。进一步地，根据截面尺寸确定金属波导管上横向直缝隙的设置参数包括：在对称倾斜缝隙中：L2≤bh，L1＝b+2*t，缝隙尺寸总长度L1+L2*2为0.45λ0，其中，位于上L形波导靠背波导壁顶面上的缝隙长度为L1，位于L形波导靠背波导壁两侧金属壁的长为L2。本专利技术在金属波导管上设置了纵向直缝隙和横向直缝隙，通过在L形中空的金属波导管上设置纵向直缝隙和横向直缝隙，构造了具备优点的圆极化波导缝隙天线，该天线结构简单且工作效率较高，解决了现有技术中天线结构较为复杂、且工作效率较低，无法满足日益发展的通信和雷达系统需求的问题。附图说明图1为本专利技术圆极化波导缝隙天线的结构示意图；图2为图1中圆极化波导缝隙天线的“L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆极化波导缝隙天线，其包括金属波导管(1)，金属波导管(1)的管壁上开设有若干纵向直缝隙(2)、和若干纵向直缝隙(2)相对应且均为对称倾斜缝隙的若干成对的横向直缝隙(3)；若干纵向直缝隙(2)相互平行且沿平行于金属波导管(1)的延伸方向设置，若干成对的横向直缝隙(3)相互平行且沿垂直于金属波导管(1)的延伸方向设置；其特征在于：金属波导管(1)为中空金属波导管，且在沿金属波导管(1)延伸方向的同一侧面上设有平行的两排靠背波导壁(10)，同排上的靠背波导壁(10)间隔设置；每个靠背波导壁(10)上开设有一对横向直缝隙(3)，每对横向直缝隙(3)切割入靠背波导壁(10)两侧的波导壁；在同排的靠背波导壁(10)上，相邻两个靠背波导壁(10)之间开设有一个纵向直缝隙(2)，两排纵向直缝隙(2)偏离金属波导管(1)的中心线；同排上的纵向直缝隙(2)与成对的横向直缝隙(3)间隔设置，两排之间的纵向直缝隙(2)与成对的横向直缝隙(3)也间隔设置；两排纵向直缝隙(2)的中心和相应一对的横向直缝隙(3)的中心处于金属波导管(1)呈“L”的形同一横截面内。

【技术特征摘要】
1.一种圆极化波导缝隙天线，其包括金属波导管(1)，金属波导管(1)
的管壁上开设有若干纵向直缝隙(2)、和若干纵向直缝隙(2)相对应且均为
对称倾斜缝隙的若干成对的横向直缝隙(3)；若干纵向直缝隙(2)相互平行
且沿平行于金属波导管(1)的延伸方向设置，若干成对的横向直缝隙(3)相
互平行且沿垂直于金属波导管(1)的延伸方向设置；其特征在于：金属波导管
(1)为中空金属波导管，且在沿金属波导管(1)延伸方向的同一侧面上设有
平行的两排靠背波导壁(10)，同排上的靠背波导壁(10)间隔设置；每个靠
背波导壁(10)上开设有一对横向直缝隙(3)，每对横向直缝隙(3)切割入
靠背波导壁(10)两侧的波导壁；在同排的靠背波导壁(10)上，相邻两个靠
背波导壁(10)之间开设有一个纵向直缝隙(2)，两排纵向直缝隙(2)偏离
金属波导管(1)的中心线；同排上的纵向直缝隙(2)与成对的横向直缝隙(3)
间隔设置，两排之间的纵向直缝隙(2)与成对的横向直缝隙(3)也间隔设置；
两排纵向直缝隙(2)的中心和相应一对的横向直缝隙(3)的中心处于金属波
导管(1)呈“L”的形同一横截面内。
2.如权利要求1所述的圆极化波导缝隙天线，其特征在于，两排靠背波
导壁(10)之间也交错设置，使在具有靠背波导壁(10)的位置，金属波导管
(1)的横截面呈“L”形。
3.如权利要求2所述的圆极化波导缝隙天线，其特征在于，金属波导管
(1)满足以下条件：
金属波导管(1)的底面波导壁的宽度(a)小于0.7波长；
靠背波导壁(10)的宽度(b)小于0.35波长；
金属波导管(1)的底面波导壁的高度(ah)小于0.5波长；
靠背波导壁(10)的高度(bh)为0.25波长。
4.如权利要求1所述的圆极化波导缝隙天线，其特征在于，金属波导管
(1)的一端(5)为天线输入口，另一端(6)设置为封闭短路或接匹配负载。
5.如权利要求1所述的圆极化波导缝隙天线，其特征在于，金属波导管

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪涛，汪伟，金谋平，邹永庆，孙立春，郑治，
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