【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于缝隙天线，尤其涉及一种波导缝隙天线阵及其设计方法、雷达系统。
技术介绍
1、连续波雷达因具有体积小、功率小、高分辨、探测性能稳定、环境适应性好等优点，而被广泛应用于军民行业，是当前研究热点。为了提高雷达的距离分辨力和精度，需要较大的扫频带宽，金属波导缝隙天线得益于没有介质损耗，是毫米波雷达系统中非常有潜能的天线形式。由于天线单元的增益有限，为了获得更高增益或者满足特定天线波束的需求，业界常采用多天线单元排布的阵列形式。
2、mimo（multiple-input multiple-output，多输入多输出）天线技术已经被大量应用在雷达领域，但在一些形变监测应用中并不需要大规模的阵列，以此降低雷达系统的尺寸、成本和复杂度，因此，很多连续波雷达射频收发仍然采用双天线实现。受体积和空间限制，收发天线之间存在间距较小、隔离度不高、发射信号容易泄露到接收机的问题。收发天线间的耦合是影响雷达系统性能的重要因素，直接决定了连续波雷达的探测性能。当隔离度较小时，泄露信号不仅会淹没微弱的目标回波，降低接收机灵敏度，还会影响成像效果、差分形变测量效果，甚至造成接收机饱和失效。虽然有各种各样的去耦技术对天线阵进行处理，但是很多方式都会对天线的辐射性能造成不利影响，或者是增大天线阵的尺寸。
3、目前，高增益的波导缝隙天线大多采用串馈形式的宽边或者窄边开缝形式，随着缝隙单元的数量增多，会导致其工作带宽变窄，口径面的幅相分布更难控制；此外，受串联馈电网络影响，天线的口径面场分布在工作频段内会有较大波动，造成天线方向图
4、通过拉开收发天线间隔和增加金属隔板虽然增加了天线之间的隔离度，但过大的天线间隔造成天线结构整体偏大，不利于雷达系统小型化设计；而加载隔板不仅增加了系统剖面，过高的隔板还会恶化天线方向图，表面波还会通过金属隔板进行传播，从而影响隔离效果。
5、业界一些学者对高增益、高隔离度的波导缝隙天线阵进行了研究，例如申请公布号为cn113410611a的中国专利申请提出了一种基于金属波导缝隙天线的单发单收系统，两个金属波导缝隙天线分别用于接收和发射；为了获得高增益，每个金属波导缝隙天线的上表面各开有20个辐射缝隙，并在天线两侧设置了夹角反射器，天线中心频率为16 .15 ghz，阵列阻抗带宽仅为2 .6%，无法满足宽带雷达系统中的应用。9倍中心波长的天线间隔以及加装的反射器可以在尽可能提高天线增益并降低旁瓣的同时压低两个端口间的隔离度，天线系统两端口间的隔离度在带宽内达到40 db的水平，但这种方式显著增加了天线系统的尺寸和装配复杂度，且收发天线隔离度仍然有较大提升空间。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种波导缝隙天线阵及其设计方法、雷达系统，以解决传统波导缝隙天线的带宽以及收发天线之间的耦合问题。
2、本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种波导缝隙天线阵，包括：
3、馈电波导层；
4、设于所述馈电波导层上的辐射波导层；
5、设于所述辐射波导层且呈镜像对称的两个辐射阵列，每个辐射阵列包括2k个依次排列的辐射缝隙，且每个所述辐射缝隙采用阶梯式喇叭辐射口；其中，k为正整数；
6、设于所述馈电波导层且呈镜像对称的两个波导功率分配网络，每个波导功率分配网络的末端功分输出端口与对应辐射阵列的辐射缝隙一一对应，且每个所述末端功分输出端口与对应的辐射缝隙通过垂直耦合缝隙连通。
7、进一步地，每个所述波导功率分配网络包括2k-1个t型功分器，每个所述t型功分器的两侧设有第一凸块，每个所述t型功分器的中间设有第二凸块。
8、进一步地，在每个所述末端功分输出端口内设有第三凸块。
9、进一步地，在每个辐射阵列的两侧设有第一去耦合结构；所述第一去耦合结构为第一扼流槽或电磁带隙。
10、进一步地，所述每个辐射阵列两侧的第一扼流槽的数量为4，每条第一扼流槽的宽度为2.2mm、深度为3.2mm。
11、进一步地，在两个辐射阵列之间设有第二去耦合结构；所述第二去耦合结构包括金属隔板以及设于所述金属隔板上表面的多个第二扼流槽，多个所述第二扼流槽中从两侧向中间槽深逐渐增加。
12、进一步地，所述第二扼流槽的数量为5，从一侧至另一侧，5条第二扼流槽的深度依次为3mm、3.2mm、3.4mm、3.2mm、3mm，5条第二扼流槽的宽度均为2.2mm。
13、进一步地，所述金属隔板的上表面与所述辐射缝隙的上表面之间的垂直距离小于1/2倍中心频率的空间波长。
14、进一步地，在每个所述波导功率分配网络的输入端的波导宽边中心线上设有同轴探针。
15、基于同一构思，本专利技术还提供一种如上所述波导缝隙天线阵的设计方法，包括：
16、根据工作频率范围确定辐射阵列的辐射缝隙排布周期；
17、根据波导传输特点和工作频率范围确定馈电波导层和辐射波导层的尺寸；
18、根据天线阵的指标要求确定辐射阵列的辐射缝隙数量，并通过仿真优化确定每个辐射缝隙的阶梯口尺寸；
19、根据辐射阵列的辐射缝隙数量确定波导功率分配网络的功分路数；
20、根据辐射阵列的辐射缝隙排布周期、辐射缝隙数量和阶梯口尺寸以及功率分配网络的功分路数在馈电波导层和辐射波导层上设计两根天线，形成波导缝隙天线阵。
21、进一步地，通过仿真优化确定每个辐射缝隙的阶梯口尺寸，包括：
22、电磁仿真软件中，在调整所述辐射缝隙的阶梯口尺寸的同时测量天线端口的反射系数；当天线端口的反射系数最小时，确定辐射缝隙的阶梯口尺寸。
23、进一步地，所述设计方法还包括通过仿真优化确定所述波导功率分配网络中t型功分器的第一凸块和第二凸块的尺寸，包括：
24、电磁仿真软件中，在调整所述第一凸块和第二凸块的尺寸的同时测量t型功分器的输入端口反射系数；当t型功分器的输入端口反射系数最小时，确定第一凸块和第二凸块的尺寸。
25、进一步地，所述设计方法还包括通过仿真优化确定所述波导功率分配网络中末端功分输出端口内的第三凸块的尺寸，包括：
26、电磁仿真软件中，在调整所述第三凸块的尺寸的同时测量垂直耦合缝隙的端口反射系数；当垂直耦合缝隙的端口反射系数最小时，确定第三凸块的尺寸。
27、进一步地，所述设计方法还包括通过仿真优化确定同轴探针进入馈电波导层的深度和与波导开路端的距离，包括：
28、电磁仿真软件中，在调整同轴探针进入馈电波导层的深度和与波导开路端的距离的同时测量同轴的输入端口反射系数；当同轴的输入端口反射系数最小时，确定同轴探针进入馈电波导层的深度和与波导开路端的距离。
29、基于同一构思，本专利技术还提供一种雷达系统，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种波导缝隙天线阵，其特征在于，所述天线阵包括：
2.根据权利要求1所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，每个所述波导功率分配网络包括2k -1个T型功分器，每个所述T型功分器的两侧设有第一凸块，每个所述T型功分器的中间设有第二凸块。
3.根据权利要求1所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，在每个所述末端功分输出端口内设有第三凸块。
4.根据权利要求1所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，在每个辐射阵列的两侧设有第一去耦合结构；所述第一去耦合结构为第一扼流槽或电磁带隙。
5.根据权利要求4所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，所述每个辐射阵列两侧的第一扼流槽的数量为4，每条第一扼流槽的宽度为2.2mm、深度为3.2mm。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，在两个辐射阵列之间设有第二去耦合结构；所述第二去耦合结构包括金属隔板以及设于所述金属隔板上表面的多个第二扼流槽，多个所述第二扼流槽中从两侧向中间槽深逐渐增加。
7.根据权利要求6所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，所述第二扼流槽的数量为5，从
8.根据权利要求6所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，所述金属隔板的上表面与所述辐射缝隙的上表面之间的垂直距离小于1/2倍中心频率的空间波长。
9.根据权利要求1~5中任一项所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，在每个所述波导功率分配网络的输入端的波导宽边中心线上设有同轴探针。
10.一种如权利要求1~9中任一项所述波导缝隙天线阵的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：
11.根据权利要求10所述波导缝隙天线阵的设计方法，其特征在于，通过仿真优化确定每个辐射缝隙的阶梯口尺寸，包括：
12.根据权利要求10所述波导缝隙天线阵的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括通过仿真优化确定所述波导功率分配网络中T型功分器的第一凸块和第二凸块的尺寸，包括：
13.根据权利要求10所述波导缝隙天线阵的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括通过仿真优化确定所述波导功率分配网络中末端功分输出端口内的第三凸块的尺寸，包括：
14.根据权利要求10~13中任一项所述波导缝隙天线阵的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括通过仿真优化确定同轴探针进入馈电波导层的深度和与波导开路端的距离，包括：
15.一种雷达系统，其特征在于，所述雷达系统采用如权利要求1~9中任一项所述的波导缝隙天线阵。
...【技术特征摘要】
1.一种波导缝隙天线阵，其特征在于，所述天线阵包括：
2.根据权利要求1所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，每个所述波导功率分配网络包括2k -1个t型功分器，每个所述t型功分器的两侧设有第一凸块，每个所述t型功分器的中间设有第二凸块。
3.根据权利要求1所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，在每个所述末端功分输出端口内设有第三凸块。
4.根据权利要求1所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，在每个辐射阵列的两侧设有第一去耦合结构；所述第一去耦合结构为第一扼流槽或电磁带隙。
5.根据权利要求4所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，所述每个辐射阵列两侧的第一扼流槽的数量为4，每条第一扼流槽的宽度为2.2mm、深度为3.2mm。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，在两个辐射阵列之间设有第二去耦合结构；所述第二去耦合结构包括金属隔板以及设于所述金属隔板上表面的多个第二扼流槽，多个所述第二扼流槽中从两侧向中间槽深逐渐增加。
7.根据权利要求6所述的波导缝隙天线阵，其特征在于，所述第二扼流槽的数量为5，从一侧至另一侧，5条第二扼流槽的深度依次为3mm、3.2mm、3.4mm、3.2mm、3mm，5条第二扼流槽的宽度均为2.2mm。
8.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄明健，杨上元，姜菲，王生水，
申请(专利权)人：华诺星空技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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