【技术实现步骤摘要】
一种宽频带间隙波导阵列天线
[0001]本专利技术涉及一种阵列天线，尤其是涉及一种宽频带间隙波导阵列天线。
技术介绍
[0002]电磁波谱上，低频段频谱已经相当拥挤，在更高的频率波段，比如毫米波频段，开展相关技术的研究越来越迫切。毫米波频段可用频带宽、电磁波长短，在这个频段内进行天线设计有很多优势，比如：容易实现更宽的工作带宽和小型化设计等。
[0003]随着对雷达抗干扰要求的提高与现代电子工业的发展，要求天线应具有低副瓣或极低副瓣的性能。传统的阵列天线主要包括馈电层和辐射层，目前主要有两种方案来降低其副瓣，第一种方案是通过调整馈电层的功率分配比例来调整辐射层能量分布从而降低副瓣，但是该方案在降低副瓣的同时总会造成主瓣变宽、增益下降，不能保证窄主瓣、不牺牲增益的同时获得极低的副瓣；第二种方案是通过在辐射层上方加极化层的方式降低副瓣，增加极化层能够使辐射层的电场极化方向旋转，能够使天线E面和H面方向图得到优化，实现低副瓣，但是批量生产时增加极化层会使天线的成本提高20％。
[0004]然而在毫米波频段，更严重的侧壁波效应、更高的介质损耗等不利因素，也给传统的阵列天线设计带来麻烦。传统的波导传输线的可用性大大降低，因此对找到毫米波频段性能良好的波导传输线提出了需求。一种基于电磁带隙结构和空气填充的新型传输线，即间隙波导应运而生。间隙波导由空气填充，电磁波在空气中传播，使其具备了低损耗的传输性能，解决了常见微波传输线在毫米波段辐射损耗和介质损耗大的问题。同时间隙波导在加工装配中不需要严格的电连接，极大地降低...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种宽频带间隙波导阵列天线，包括按照从上到下顺序层叠的辐射层和馈电层，所述的馈电层用于将单路TE10模转化为多路功率相同且相位相同的TE10模信号，并将多路TE10模信号传输到所述的辐射层，所述的辐射层用于将来自所述的馈电层的多路TE10模信号辐射到自由空间，其特征在于所述的辐射层包括按照从上到下顺序排布的辐射单元子阵层、第一间隙波导耦合层和第二间隙波导耦合层，所述的辐射单元子阵层包括第一平板以及设置在所述的第一平板上的辐射阵列，所述的第一平板为矩形板，所述的辐射阵列由16个辐射单元按照4行
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4列的方式分布形成，每个所述的辐射单元分别包括开设在所述的第一平板上的由上到下层叠的第一矩形腔和第二矩形腔，所述的第一矩形腔的前侧壁与所述的第二矩形腔的前侧壁位于同一平面，所述的第一矩形腔的后侧壁与所述的第二矩形腔的后侧壁位于同一平面，所述的第一矩形腔的左侧壁到其右侧壁的距离大于所述的第二矩形腔的左侧壁到其右侧壁的距离，所述的第一矩形腔的上侧壁与所述的第一平板的上侧壁齐平，所述的第二矩形腔的下侧壁与所述的第一平板的下侧壁齐平，所述的第一矩形腔与所述的第二矩形腔的中心位于同一条直线上，将该直线作为所述的辐射单元的中心线，如果所述的辐射单元绕其中心线逆时针旋转45度，第一矩形腔的前侧壁所在平面将会与所述的第一平板的前侧壁所在平面平行；所述的第一间隙波导耦合层内部具有第一空气腔，能够将送入其内的能量耦合到所述的第一空气腔中后再将能量均分为两路，有效地抑制交叉极化后均匀耦合到所述的辐射阵列中，所述的辐射阵列旋转45度，能使天线的电场方向旋转45度，从而优化E面和H面的方向图，实现低副瓣；所述的第二间隙波导耦合层内部具有第二空气腔，能够将送入其内的能量均匀耦合到所述的第二空气腔中后分为四路幅度和相位保持一致的能量送入所述的第一间隙波导耦合层中；所述的馈电层具有第三空气腔，当能量输入所述的馈电层后，沿着所述的第三空气腔进行传播，并均匀地分成两路幅度和相位保持一致的能量分别送入所述的第二间隙波导耦合层。2.根据权利要求1所述的一种宽频带间隙波导阵列天线，其特征在于所述的第一间隙波导耦合层包括第一矩形金属板、第一矩形金属接地板和设置在所述的第一矩形金属板和所述的第一矩形金属接地板之间的第一间隙波导结构，所述的第一矩形金属板的上侧壁与所述的第一平板的下侧壁完全重合连接，所述的第一矩形金属板上开设有16个第三矩形腔，16个所述的第三矩形腔按照4行
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4列的方式分布，每个所述的第三矩形腔的上侧壁与所述的第一矩形金属板的上侧壁齐平，每个所述的第三矩形腔的下侧壁与所述的第一矩形金属板的下侧壁齐平，16个所述的第三矩形腔与16个所述的辐射单元中的第二矩形腔一一对应连通，且相对应的一个第三矩形腔和一个第二矩形腔中，第三矩形腔的前侧壁与第二矩形腔的前侧壁位于同一平面，第三矩形腔的后侧壁与第二矩形腔的后侧壁位于同一平面，第三矩形腔的左侧壁与第二矩形腔的左侧壁位于同一平面，第三矩形腔的右侧壁与第二矩形腔的右侧壁位于同一平面，所述的第一矩形金属接地板位于所述的第一矩形金属板下方且两者之间具有一段距离，所述的第一矩形金属接地板上开设有8个第四矩形腔，每个所述的第四矩形腔的上侧壁与所述的第一矩形金属接地板的上侧壁齐平，每个所述的第四矩形腔的下侧壁与所述的第一矩形金属接地板的下侧壁齐平，8个所述的第四矩形腔按照2行
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4列的方式间隔分布形成，每个所述的第四矩形腔的前侧壁所在平面与所述的第一矩形金属接地板的前侧壁所在平面平行，且位于第1行的4个所述的第四矩形腔的前侧壁所在平面与所述的第一矩形金属接地板的前侧壁所在平面之间的距离等于位于第2行的4个所
述的第四矩形腔的后侧壁所在平面与所述的第一矩形金属接地板的后侧壁所在平面之间的距离，位于第1列的2个所述的第四矩形腔的左侧壁所在平面与所述的第一矩形金属接地板的左侧壁所在平面之间的距离等于位于第4列的2个所述的第四矩形腔的右侧壁所在平面与所述的第一矩形金属接地板的右侧壁所在平面之间的距离；所述的第一间隙波导结构包括第一长方体金属柱组、第一等腰直角三角形金属块组和第二长方体金属柱组，所述的第一长方体金属柱组由10个第一长方体金属柱单元按照2行
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5列的方式间隔排布在所述的第一矩形金属接地板上形成，每个所述的第一长方体金属柱单元由3个第一长方体金属柱按照3行
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1列的方式间隔排布形成，每个所述的第一长方体金属柱的前侧壁所在平面与所述的第一矩形金属接地板的前侧壁所在平面平行，每个所述的第一长方体金属柱的下侧壁与所述的第一矩形金属接地板的上侧壁贴合连接，每个所述的第一长方体金属柱的上侧壁与所述的第一矩形金属板的下侧壁之间具有一段距离，位于同一行每相邻两个所述的第一长方体金属柱单元之间具有一个所述的第四矩形腔，位于同一行相邻两个所述的第一长方体金属柱单元相对于该两个第一长方体金属柱单元之间具有的第四矩形腔沿前后方向的对称面所在平面呈左右对称，位于第1行的5个所述的第一长方体金属柱单元沿左右方向的对称面与位于第1行的4个所述的第四矩形腔沿左右方向的对称面重合，位于第2行的5个所述的第一长方体金属柱单元沿左右方向的对称面与位于第2行的4个所述的第四矩形腔沿左右方向的对称面重合；所述的第一等腰直角三角形金属块组由8个第一等腰直角三角形金属块单元按照2行
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4列的方式间隔排布在所述的第一矩形金属接地板上形成，每个所述的第一等腰直角三角形金属块单元由两个第一等腰直角三角形金属块构成，8个所述的第一等腰直角三角形金属块单元与8个所述的第四矩形腔一一对应，对应的第一等腰直角三角形金属块单元与第四矩形腔中，第一等腰直角三角形金属块单元的两个第一等腰直角三角形金属块分别位于第四矩形腔的前侧和后侧，且两个第一等腰直角三角形金属块相对于第四矩形腔的中心线呈中心对称，位于第四矩形腔前侧的第一等腰直角三角形金属块的一个直角面朝前且平行于所述的第一矩形金属板的前侧壁所在平面，另一个直角面朝左且平行于所述的第一矩形金属板的左侧壁所在平面，该另一个直角面的后部进入相邻两个第一长方体金属柱单元之间，每个所述的第一等腰直角三角形金属块的下侧壁与所述的第一矩形金属接地板的上侧壁贴合连接，每个所述的第一等腰直角三角形金属块的高度等于所述的第一长方体金属柱的高度；所述的第二长方体金属柱组包括11个按照1行
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11列的方式排列在所述的第一矩形金属接地板上的第二长方体金属柱，所述的第二长方体金属柱组位于两行第一等腰直角三角形金属块单元之间，且到两行第一等腰直角三角形金属块单元的距离相等，位于第1行第1列的第二长方体金属柱的左侧壁所在平面位于第1行第一长方体金属柱单元的左侧面所在平面的左侧，位于第1行第11列的第二长方体金属柱的右侧壁所在平面位于第5行第一长方体金属柱单元的右侧面所在平面右侧，每个所述的第二长方体金属柱的下侧壁与所述的第一矩形金属接地板的上侧壁贴合连接，每个所述的第二长方体金属柱的高度等于所述的第一长方体金属柱的高度；每个所述的第一长方体金属柱、每个所述的第二长方体金属柱、每个所述的第一等腰直角三角形金属块的上侧壁所在平面与所述的第一矩形金属板的下侧壁之间形成所述的第一空气腔，所述的第一间隙波导结构的周围环绕用于防止能量泄露的多个第一防泄漏长方体金属柱，多个第一防泄漏长方体金属柱间隔分布，每个第一防泄漏长方体金属柱的前侧面所在
平面平行于所述的第一矩形金属板的前侧面所在平面，每个第一防泄漏长方体金属柱的下侧壁与所述的第一矩形金属接地板的上侧壁贴合连接，每个所述的第一防泄漏长方体金属柱的高度等于所述的第一长方体金属柱的高度。3.根据权利要求2所述的一种宽频带间隙波导阵列天线，其特征在于所述的第二间隙波导耦合层包括第二矩形金属板、第二矩形金属接地板和设置在所述的第二矩形金属板和所述的第二矩形金属接地板之间的第二间隙波导结构，第二矩形金属板的上侧壁与所述的第一间隙波导耦合层中的第一矩形金属接地板的下侧壁完全重合连接，所述的第二矩形金属板上开有8个第五矩形腔，8个所述的第五矩形腔按照2行
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4列的方式分布形成，每个所述的第五矩形腔的上侧壁与所述的第二矩形金属板的上侧壁齐平，每个所述的第五矩形腔的下侧壁与所述的第二矩形金属板的下侧壁齐平，8个所述的第五矩形腔与8个所述的第四矩形腔一一对应连通，且相对应的一个第五矩形腔和一个第四矩形腔中，第五矩形腔的前侧壁与第四矩形腔的前侧壁位于同一平面，第五矩形腔的后侧壁与第四矩形腔的后侧壁位于同一平面，第五矩形腔的左侧壁与第四矩形腔的左侧壁位于同一平面，第五矩形腔的右侧壁与第四矩形腔的右侧壁位于同一平面，所述的第二矩形金属接地板上开有2个第六矩形腔，两个所述的第六矩形腔按照1行
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2列的方式分布形成，每个所述的第六矩形腔的前侧壁与所述的第二矩形金属接地板的前侧壁平行，每个所述的第六矩形腔的上侧壁与所述的第二矩形金属接地板的上侧壁齐平，每个所述的第六矩形腔的下侧壁与所述的第二矩形金属接地板的下侧壁齐平，每个所述的第六矩形腔内部分别设置有第一矩形脊和第二矩形脊，所述的第一矩形脊的前侧壁与所述的第六矩形腔的前侧壁贴合连接，所述的第一矩形脊的左侧壁到所述的第六矩形腔的左侧壁的距离等于所述的第一矩形脊的右侧壁到所述的第六矩形腔的右侧壁的距离，所述的第二矩形脊的后侧壁与所述的第六矩形腔的后侧壁贴合连接，所述的第二矩形脊的左侧壁到所述的第六矩形腔的左侧壁的距离等于所述的第二矩形脊的右侧壁到所述的第六矩形腔的右侧壁的距离，所述的第一矩形脊和所述的第二矩形脊沿左右方向的长度相等，沿前后方向的长度也相等，所述的第一矩形脊和所述的第二矩形脊沿前后方向的长度之和小于所述的第六矩形腔沿前后方向的长度，所述的第一矩形脊和所述的第二矩形脊的上侧壁均与所述的第六矩形腔的上侧壁齐平，所述的第一矩形脊和所述的第二矩形脊的下侧壁均与所述的第六矩形腔的下侧壁齐平；所述的第二间隙波导结构包括第三长方体金属柱组、第四长方体金属柱组和第五长方体金属柱组，所述的第三长方体金属柱组由3个第三长方体金属柱单元按照1行
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3列的方式间隔排布在所述的第二矩形金属接地板上形成，每个所述的第三长方体金属柱单元由5个第三长方体金属柱按照5行
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1列的方式间隔排布形成，每个所述的第三长方体金属柱的前侧壁所在平面与所述的第二矩形金属接地板的前侧壁所在平面平行，每个所述的第三长方体金属柱的下侧壁与所述的第二矩形金属接地板的上侧壁贴合连接，每个所述的第三长方体金属柱的上侧壁与所述的第二矩形金属板的下侧壁之间具有一段距离，位于同一行的相邻两个第三长方体金属柱单元之间具有一个所述的第六矩形腔，该相邻两个第三长方体金属柱单元沿左右方向的对称面与所述的第六矩形腔沿左右方向的对称面位于同一平面，且该相邻两个第三长方体金属柱单元相对于该第六矩形腔沿前后方向的对称面所在平面左右对称，所述的第四长方体金属柱组包括4个第四长方体金属柱，4个所述的第四长方体金属柱按照2行
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2列的方式间隔排布在所述的第二矩形金属接地板上，每个所述的第四长
方体金属柱的前侧壁所在平面与第二矩形金属接地板的前侧壁所在平面平行，每个所述的第四长方体金属柱的下侧壁与所述的第二矩形金属接地板的上侧壁贴合连接，每个所述的第四长方体金属柱的上侧壁与所述的第二矩形金属板的下侧壁之间具有一段距离，位于同一列的两个第四长方体金属柱之间具有一个第六矩形腔，该位于同一列的两个第四长方体金属柱沿前后方向的对称面所在平面与该第六矩形腔沿前后方向的对称面所在平面重合，且该位于同一列的两个第四长方体金属柱相对于该第六矩形腔沿左右方向的对称面所在平面呈左右对称，所述的第五长方体金属柱组由2个第五长方体金属柱单元按照1行
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2列的方式间隔排布在所述的第二矩形金属接地板上形成，每个所述的第五长方体金属柱单元由2个第五长方体金属柱按照1行
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2列的方式间隔排布形成，每个所述的第五长方体金属柱的前侧壁所在平面与所述的第二矩形金属接地板的前侧壁所在平面平行，每个所述的第五长方体金属柱的下侧壁与所述的第二矩形金属接地板的上侧壁贴合连接，每个所述的第五长方体金属柱的上侧壁与所述的第二矩形金属板的下侧壁之间具有一段距离，第1列的第五长方体金属柱单元位于第1列的第三长方体金属柱单元和第2列的第三长方体金属柱单元之间，第1列的第五长方体金属柱单元的两个第五长方体金属柱分别位于第1列的第六矩形腔的左右两侧，并且相对于第1列的第六矩形腔沿前后方向的对称面所在平面呈左右对称结构，相对于第1列的第六矩形腔沿左右方向的对称面所在平面呈前后对称结构；第2列的第五长方体金属柱单元位于第2列的第三长方体金属柱单元和第3列的第三长方体金属柱单元之间，第2列的第五长方体金属柱单元的两个第五长方体金属柱分别位于第2列的第六矩形腔的左右两侧，并且相对于第2列的第六矩形腔沿前后方向的对称面所在平面呈左右对称结构，相对于第2列的第六矩形腔沿左右方向的对称面所在平面呈前后对称结构；每个所述的第三长方体金属柱、第四长方体金属柱和第五长方体金属柱的上侧壁位于同一平面且该平面与所述的第二矩形金属板的下侧壁之间形成所述的第二空气腔；所述的第二间隙波导结构的周围环绕用于防止能量泄露的多个第二防泄漏长方体金属柱，多个第二防泄漏长方体金属柱间隔分布，每个第二防泄漏长方体金属柱的前侧面所在平面平行于所述的第二矩形金属板的前侧面所在平面，每个第二防泄漏长方体金属柱的下侧壁与所述的第二矩形金属接地板的上侧壁贴合连接，每个所述的第二防泄漏长方体金属柱的高度等于所述的第三长方体金属柱的高度。4.根据权利要求3所述的一种宽频带间隙波导阵列天线，其特征在于位于同一行相邻两个所述的辐射单元的中心线之间的距离为0.78λ，位于同一列相邻两个所述的辐射单元中心线之间的距离为0.78λ，λ＝c/f，c为波速，c＝3*10^8m/s，f为所述的宽频带间隙波导阵列天线的中心工作频率，所述的第一矩形腔的前侧壁到其后侧壁的距离为0.7λ，所述的第一矩形腔的左侧壁到其右侧壁的距离为0.48λ，所述的第一矩形腔的上侧壁到其下侧壁的距离为0.16λ，所述的第二矩形腔的前侧壁到后侧壁的距离为0.7λ，所述的第二矩形腔的左侧壁到右侧壁的距离为0.24λ，所述的第二矩形腔的上侧壁到下侧壁的距离为0.07λ；位于同一行相邻两个所述的第三矩形腔之间的中心间距为0.78λ，位于同一列相邻两个所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玲，陆云龙，尤阳，朱其昂，黄季甫，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
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