具有表面调制结构的超低旁瓣高增益金属波导缝隙天线制造技术

本发明专利技术属于雷达天线技术领域，具体为一种具有表面调制结构的超低旁瓣高增益金属波导缝隙天线。本发明专利技术天线由一根宽边开缝的辐射波导、加装在辐射波导两侧且呈一定夹角的板式反射器以及紧贴在辐射波导下方的馈电波导组成；其中，辐射波导上表面、位于中间辐射缝隙的两侧分别设置一排金属圆柱，该金属圆柱固定于波导窄边的PMI泡沫条上；反射器和金属圆柱的设置，可以用于修正金属波导天线的E面方向图，提高增益的同时尽可能降低旁瓣。该阵列阻抗带宽可以达到2%，E面旁瓣几乎在

【技术实现步骤摘要】
具有表面调制结构的超低旁瓣高增益金属波导缝隙天线


[0001]本专利技术属于雷达天线
，具体涉及一种金属波导缝隙天线。

技术介绍

[0002]随着技术的日益进步，对雷达系统的要求也逐渐提升，特别是射频前端的天线增益及旁瓣是非常重要的技术指标。为了使天线的增益足够高、旁瓣足够低，研究人员提出了各种方式，例如，多天线组成阵列天线进行波束赋形等等。但是，当空间狭小有限时，阵列天线或其他种类的天线就已经无法再进行安装应用，这种情况下就应该寻求其他方式对已有的天线进行性能上的提升。
[0003]金属波导缝隙天线自二战后期被提出后经历了几十年的发展，直到上世纪八十年代，其理论设计方法基本完成，关注度始终都非常高。这种天线形式具备诸多优点，例如超低的剖面、极大的功率容量、较为简单的加工要求、非常高的增益以及通过波束赋形设计的可调的超低的旁瓣等等。这些优点使其广泛应用于机载雷达、舰载雷达、基站天线等诸多领域。由于金属波导单天线H面的方向图由设计之初即对缝隙进行的波束赋形来决定，所以这个面的方向图一般情况下依旧是具备很高的增益以及很低的旁瓣。但是由于单个波导天线的E面方向图均很宽，所以E面一般都难以利用，这样的话实际上有些情况下是不太能够适应应用场景的。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种具有表面调制结构的超低旁瓣高增益金属波导缝隙天线，以解决单金属波导缝隙天线E面方向图无法应用的问题。
[0005]本专利技术提供的具有表面调制结构的超低旁瓣高增益金属波导缝隙天线，参见图1
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图3，由一根宽边开缝的辐射波导(即金属波导)5，加装在辐射波导两侧且呈一定夹角的板式反射器2，以及紧贴在辐射波导下方的馈电波导8组成；由于是金属构成，故完全采用机加工的方式进行加工；上方辐射波导5中间内部加有竖直金属隔板7，使左右两根半波导关于镜面对称；辐射波导5上表面中间为一排辐射缝隙3，在该排辐射缝隙两侧附近分别设置有一排三维金属圆柱结构1，圆柱结构1与辐射缝隙3一一对应；下方馈电波导8上表面开有两个关于中心对称的耦合缝隙6,10，下方正中间由同轴探针（电缆）9进行激励馈电；同轴探针9附近的馈电波导内表面加载有小型金属块。
[0006]本专利技术中，所述单根金属波导缝隙天线窄边加装的夹角反射器2可以尽可能地提升E面的辐射增益，并对辐射方向图进行改善，尤其对旁瓣降低有较好效果，反射器的张角及长度均可以进行调节，以适应不同应用场景的不同技术指标。
[0007]本专利技术中，单根长波导上在允许的波导长度范围内可以设计任意n个辐射缝隙3，关于波导正中心成镜面对称，这样在提供足够的增益的同时，还可在H面进行和差波束。
[0008]本专利技术中，单根长波导上的辐射缝隙3数量 n根据实际情况设计确定，比如为15
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40个，可以为18
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20个，更可以为20个。
[0009]本专利技术中，长波导内部的竖直金属隔板7完全将长波导分为完全相互独立的相同的两半。
[0010]本专利技术中，所述的三维金属圆柱结构1是加载在紧贴金属波导窄边的长条PMI泡沫4上表面，用泡沫长条的主要原因是其介电常数，对整体天线性质不会造成不利影响。
[0011]本专利技术中，金属圆柱1完全关于金属波导5中线成中心对称，每个辐射缝隙3的前后各有一个金属圆柱1，其长度、半径以及距离中线的位置均可调，以实现较理想的效果。
[0012]本专利技术中，所述的下层馈电波导8紧贴上层辐射波导5的下表面，可以采取机械连接的方法进行固定，由于上方波导中心处被金属隔板7完全挡住，下方采取缝隙耦合的方式，且两个耦合缝隙（6，10）关于中心金属隔板7对称。
[0013]本专利技术中，馈电波导下表面由同轴电缆进行插入式激励，其附近的金属块的位置及大小主要可以用来调节天线阻抗匹配性能。
[0014]本专利技术中，反射器和金属圆柱的设置，可以用于修正金属波导天线的E面方向图，提高增益的同时尽可能降低旁瓣。该阵列阻抗带宽可以达到2%，E面旁瓣几乎在
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22 dB，H面旁瓣几乎在
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30 dB，排列较为紧凑、可靠性极高。
附图说明
[0015]图1为加装夹角反射器及表面调制结构的超低旁瓣高增益金属波导缝隙天线。
[0016]图2为天线阵俯视图。
[0017]图3为天线阵正视图。
[0018]图4为天线的有源驻波。
[0019]图5为在中心频率时，E面的水平极化与交叉极化方向图。
[0020]图6为在中心频率时，H面的水平极化与交叉极化方向图。
[0021]图中标号：1为加载在天线表面附近的金属圆柱形结构，2为夹角反射器，3为辐射缝隙，4为支撑金属圆柱结构的PMI泡沫长条，5为上层辐射波导,6馈电缝隙，7金属隔板，8为馈电波导，9为同轴电缆，10为馈电缝隙。
具体实施方式
[0022]如图1所示为加装夹角反射器及表面调制结构的超低旁瓣高增益金属波导缝隙天线斜视图。天线主体全部由金属机加工制成，夹角反射器2底座下表面与上方辐射波导5下表面齐平，一体成型，可以将天线E面方向图进行整形，尽量降低旁瓣的同时提高主瓣增益，其夹角和长度均可以进行调节，以达到最好的效果。辐射波导5上表面以数控机床加工出一系列（如20个）辐射缝隙3，内部为真空，辐射缝隙3相对于波导长边中线均有大小不一的偏置距离，目的是为了完全收敛达到匹配条件。最核心的在于三维金属圆柱结构1，其固定于紧贴在金属波导两窄边测的PMI泡沫条上表面上，每根金属圆柱距离波导宽边中线的距离相等，当辐射缝隙3向外辐射时，金属圆柱被激励也进行辐射，那么此时E面的方向图实际上有此二者的辐射共同决定，进行设计调节后可以实现相当低的E面旁瓣。
[0023]如图2所示为天线的俯视图，辐射波导5与夹角反射器2的长度完全一致，这样是为
了在有限的空间中实现极致的效果。在辐射波导5下表面的耦合缝隙6共有两个，为了使得下方激励的电场耦合进来，耦合缝隙是完全垂直于波导长边的，且关于中心对称。
[0024]如图3所示为天线的正视图，辐射波导中心金属挡板7与波导横截面完全相同，将一根长波导完全分为两根关于中心成镜面对称的短波导的组合，目的是可以进行H面的和差波束进行定位。馈电波导8紧贴于辐射波导5下表面，耦合缝隙6完全贯穿于这两根波导相邻的表面。馈电波导是由同轴电缆9进行激励，能量经同轴电缆9到馈电波导8中再经过耦合缝隙6进入辐射波导5，之后辐射缝隙3将电磁能量辐射至自由空间。
[0025]如图4所示为天线被激励后的有源驻波，设计的中心频率为16.15 GHz，带宽基本在2%左右。
[0026]如图5所示为中心频率下E面水平极化及交叉极化的有源方向图，可以看到旁瓣基本达到了大约
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22 dB的水平。
[0027]如图6所示为中心频率下H面水平极化及交叉极化的有源方向图，经过对缝隙的设计，旁瓣几乎在
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有表面调制结构的超低旁瓣高增益金属波导缝隙天线，其特征在于，由一根宽边开缝的辐射波导（5），加装在辐射波导两侧且呈一定夹角的板式反射器（2），以及紧贴在辐射波导下方的馈电波导（8）组成；上方辐射波导（5）中间内部加有竖直金属隔板（7），使左右两根半波导关于镜面对称；辐射波导（5）上表面中间为一排辐射缝隙（3），在该排辐射缝隙两侧附近分别设置有一排三维金属圆柱结构（1），圆柱结构（1）与辐射缝隙（3）一一对应；下方馈电波导（8）上表面开有两个关于中心对称的耦合缝隙（6,10），下方正中间由同轴探针（9）进行激励馈电；同轴探针（9）附近的馈电波导内表面加载有小型金属块。2.根据权利要求1所述的超低旁瓣高增益金属波导缝隙天线，其特征在于，所述反射器（2）的张角及长度均可调，以适应不同应用场景的不同技术指标需求。3.根据权利要求2所述的超低旁瓣高增益金属波导缝隙天线，其特征在于，单根长波导上的辐射缝隙（3）数量在允许的波导长度范围内确定，关于波导正中心成镜面对称。4. 根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张喆，尹卫爽，梁修业，曾建平，黄浩，关放，刘晓晗，资剑，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：