一种低副瓣背腔缝隙阵列天线制造技术

本发明专利技术提供的一种低副瓣背腔缝隙阵列天线，包括辐射层和馈电层，辐射层在馈电层上方。馈电层包括馈电网络，馈电网络使用全并联馈电形式，相比串联馈电网络天线的能够获得更好的阻抗带宽。馈电网络由波导、T型结和H型结组成，信号由底部的WR

【技术实现步骤摘要】
一种低副瓣背腔缝隙阵列天线


[0001]本专利技术涉及一种谐振腔天线，具体为一种低副瓣谐振腔缝隙阵列天线。

技术介绍

[0002]随着电子和通信技术的蓬勃发展，电子设备周围的电磁环境越来越复杂。为了减少外界环境的干扰，保障天线接收系统的稳定运行，对天线的副瓣性能有了越来越高的要求。目前在通信、雷达、检测、遥感等领域中，高性能的低副瓣天线已经成了极为重要的一环。
[0003]在低频时常用微带贴片天线阵列，但是在毫米波频率下由于严重的介质损耗，使得微带贴片天线插入损耗很大,难以在高频段实现高增益。
[0004]波导缝隙天线通过在波导金属管的导体壁上切割一个或多个缝隙，缝隙切割表面电流，产生向外部空间辐射电磁波的天线。波导缝隙阵列天线具有低损耗，高增益及高口径效率的优点。
[0005]随着现代电子技术的发展，对于高通信速率和低干扰的需求，需要天线具有低副瓣的性能。波导缝隙天线在设计时可以设置不同的层数，但总可以按功能分为馈电层和辐射层。要想实现低副瓣性能，主要有这三种办法，第一种是通过在辐射层上方额外增加缝隙平面将方向旋转45度，通过电场极化方向的变化来改变E面和H面的方向图，从而降低副瓣，但是额外增加的45度辐射槽等结构无疑会增加天线的剖面高度，同时使天线的成本增加。第二种是仅仅使用谐振腔的TE101模式，通过其天然的中间大，两头小的幅度分布取代馈电网络实现锥型幅度分布，获得低副瓣性能。但是此种方法工作带宽极小，难以满足当今毫米波领域较长波段的应用。第三种是通过调整馈电层中馈电网络中幅度比例来使得辐射层各缝隙按照特定功率排布辐射电磁波，在调整功率分配时往往需要对其中的T型结H型结进行改造，如果结构过于复杂容易造成加工难度的大幅增加。
[0006]现如今需要一种结构更加简单，尺寸更加小的低副瓣阵列天线。
[0007]申请号201610487674.8提供一种波导缝隙阵列天线，总体包括若干辐射单元、馈线、馈电端口。功分网络采用异形扁波导功分分层形式，通过方位方向上的幅度比例锥削来实现辐射方向图上的低副瓣特性。但是，该波导缝隙阵列天线存在以下问题：一、馈电网络层层次太多，使得天线结构复杂，剖面太高，装配更加麻烦；二、只在一个方向上进行幅度的锥削分配，无法实现E和H两个平面的低副瓣。
[0008]Huang G L,Zhou S G,Chio T H,et al.A low profile and low sidelobe wideband slot antenna array feb by an amplitude
‑
tapering waveguide feed
‑
network[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2014,63(1):419
‑
423.提供一种通过改变波导T型结中一个输出端口的宽度来影响端口中波的传播速度，从而实现两输出端口相位相同的波导馈电网络。但是T型结输出端口长度较小时所需要的宽度很大，在面对大功率比分配时T型结难以匹配。
[0009]申请号201810107976.7，采用了全并联结构，并且为了降低整体的尺寸，采用了比
普通波导更窄的脊波导。在单脊波导并联馈电网络上采用泰勒分布，实现了方向图的低副瓣。但是依旧使用带有金属壁的背腔来作为缝隙的一分四馈电形式，限制了天线的工作带宽。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题是实现一种低副瓣性能好，剖面低，馈电网络实现简单的低副瓣背腔缝隙阵列天线。
[0011]具体技术方案为：
[0012]本专利技术提供的一种低副瓣背腔缝隙阵列天线，包括辐射层和馈电层，所述的辐射层在馈电层上方。
[0013]所述的馈电层包括馈电网络，馈电网络使用全并联馈电形式，相比串联馈电网络天线的能够获得更好的阻抗带宽。馈电网络由波导、T型结和H型结组成，信号由底部的WR
‑
51波导口输入馈电网络，先通过三个T型结实现对称的四等分，而后再通过H型结实现一分十六路的功率分配。其中H型结功率分配器由三个T型结功率分配器构成。所述的三个T型结，分为第一级不等功率分配T型结和其他不等功率T型，第一级不等功率分配T型结即为电磁波经过的第一种不等分功率分配T型结。
[0014]所述低副瓣背腔缝隙天线采用16
×
16辐射缝隙排列形式，方位方向16辐射缝隙，俯仰方向16辐射缝隙。
[0015]辐射层是由8
×
8个辐射单元构成，每个辐射单元从上到下分为辐射缝隙层、谐振腔、耦合缝隙层。辐射缝隙层的2
×
2缝隙单元将电磁波激发并辐射到自由空间中。谐振腔用来激发多种高阶TE模式，并将电磁波传输到辐射缝隙。耦合缝隙层用来作为下方馈电层到上方辐射层的过渡，使得电磁波的能量损耗降低。
[0016]其中2
×
2辐射缝隙的中心先设置在对应矩形谐振腔四分之一矩形区域的中心，通过切割表面电流实现良好的辐射。由于2
×
2缝隙中相邻缝隙对应谐振腔内部的电场分布相反，因此相邻缝隙需向相反方向移动相同距离，来使得辐射缝隙上方的电磁波相位相等，不会因此降低增益。
[0017]矩形谐振腔设计要考虑多个高阶模式TE120、TE210和TE220,通过这三个模式覆盖设计波段，使得整个带宽内电场分布稳定。
[0018]谐振腔下方由耦合缝隙馈电，缝隙位置需要仔细选择以激发正确的的各种高阶模式，这样才能使得其中的电场分布符合要求。
[0019]其中耦合缝隙投影位置在馈电网络波导的角落，两条边与波导角落的边重合以获得最好的传输效果。
[0020]常用的不等分分布有三种：二项式分布、切比雪夫分布和泰勒分布。
[0021]二项分布消除了所有的副瓣，但是增加了主板的宽度。在幅度变化较小的情况下，泰勒分布可以获得较好的旁瓣抑制效果，便于实现大阵列尺寸的馈电网络。对于中等数量的单向阵元，切比雪夫分布具有与泰勒分布相似的功率比，同时在相同的阵元尺寸和副瓣大小情况下能实现最窄的波束宽度。因此本专利技术使用切比雪夫分布来设计底层馈电网络。
[0022]波导大小由TE10模式计算得来，波导尺寸要使得主模截止频率低于工作频率。
[0023]T型结由三路波导信号组成，通过调节中间金属隔板的位置和两输出端口的长度
来实现需要的功率分配比例，另外再调节输入端口到交汇处的两侧金属窗用来更好的阻抗匹配。
[0024]本例应用了切比雪夫幅度分布，由于每2
×
2个缝隙共用一个馈电口，所以16
×
16的缝隙对应着8
×
8的单元，在平面的两个方向上都采用8单元切比雪夫分布，每一行八个单元比值为0.26：0.52：0.81：1：1：0.81：0.52：0.26。并且由于使用全并馈网络，还需增加0.43：1这一幅度分布的T型结。
[0025]垂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低副瓣背腔缝隙阵列天线，其特征在于，包括辐射层和馈电层，所述的辐射层在馈电层上方；所述的馈电层包括馈电网络，馈电网络使用全并联馈电形式；馈电网络由波导、T型结(3)和H型结(4)组成；信号由底部的WR
‑
51波导口输入馈电网络，先通过三个T型结(3)实现对称的四等分，而后再通过H型结(4)实现一分十六路的功率分配；其中H型结(4)功率分配器由三个T型结(3)功率分配器构成；所述的三个T型结(3)，分为第一级不等功率分配T型结和其他不等功率T型，第一级不等功率分配T型结即为电磁波经过的第一种不等分功率分配T型结。2.根据权利要求1所述的一种低副瓣背腔缝隙阵列天线，其特征在于，所述的辐射层用16
×
16辐射缝隙(1)排列形式，方位方向16辐射缝隙(1)，俯仰方向16辐射缝隙(1)；辐射层是由8
×
8个辐射单元构成，每个辐射单元从上到下分为辐射缝隙层、谐振腔、耦合缝隙层；辐射缝隙层的2
×
2缝隙单元将电磁波...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍秀娥，袁昊云，刘壮壮，李锦锴，赵志博，王泽宇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：