CN102290626B - 波导管变换器、天线装置以及雷达装置 - Google Patents

Abstract

提供一种波导管变换器、天线装置以及雷达装置，该波导管具有从1波导管向其他波导管导入微波的简易构造，且能够容易制造。构成波导管变换器30、具有所需厚度的长尺的内部导体31，具有第1部位311、第2部位312、第3部位313以及支持部位314，第1部位311在长尺方向的一端侧，具有第1宽度，由导入用波导管部10内露出；第2部位312在长尺方向的另一端侧，具有比第1宽度窄的第2宽度，从馈电用波导管20内露出；第3部位突出形成于第1部位311的适当位置；支持部位314至少从第1部位311及第3部位313中之一向相垂直的方向上延伸设置仅规定长度。

Description

波导管变换器、天线装置以及雷达装置

技术领域

本发明涉及波导管变换器、以及装备该波导管变换器的天线装置和雷达装置。

背景技术

例如，在雷达装置中，通过磁控管等微波发生源产生的电磁波经由1个或者多个波导管传导至天线，再由该天线向外部辐射。由矩形截面上流侧的波导管向截面的朝向和延展的方向不同的矩形截面下流侧的波导管传导电磁波(馈电)时，为了安装在狭小的空间里安装波导管，电磁波耦合(变换)结构被采用。例如，由垂直排列的波导管向横向排列的波导管传导电磁波时，在垂直的波导管的管壁的适当位置上设置具有所需直径的环探针(loop probe)，且该环探针被配置在垂直的波导管内。并且，在横向的波导管侧配置设定成其他所需直径的电场探针(electrical fieldprobe)。据此，两波导管之间取得阻抗匹配、且电磁波也能够耦合。

并且，在专利文献1中，公开了一种雷达装置，其经由波导管向外部辐射电磁波采用上述耦合技术。在专利文献1的图6和图7中，记载了在波导管的各接合部位间设置信号耦合器的构成。信号耦合器具备同轴连接器，进一步，对波导管进行电磁波的抽出和馈送的、由高导电性能材料构成的导线环探针(loop probe)被插入。同轴连接器由具有规定长度的中心导线、圆筒状的绝缘垫片构成，通过适当的设计这些尺寸等，取得传输路径的阻抗匹配(impedance matching)。

【专利文献1】国际公开WO2007/035523号公报

但是，上述探针，为了取得阻抗匹配的横截面的直径不好设计，并且由于环探针部分的直径的大小，而环的形状不容易实现，需要在环部位进行部分地切削等加工。因此，由于构造复杂，而且其制造也不容易。并且，专利文献1中记载的信号耦合器在构造方面也很难实现。

本发明就是鉴于以上课题，是为了提供一种具有能够由一个波导管向其他波导管进行传导微波的简易构造及制造容易的波导管变换器以及装备该波导管变换器的雷达装置和天线装置。

发明内容

本发明提供一种波导管变换器，包括，1、一种波导管变换器，具备：第1波导管，传导电磁波；第2波导管，所述电磁波从所述第1波导管被输入，使该电磁波沿不同于在所述第1波导管传导的电磁波的传导方向传导；长尺板状的内部导体，其两端分别露出至所述第1波导管和所述第2波导管的腔内并被配置在所述第1波导管和所述第2波导管之间。

据此，即使第1波导管与第2波导管相互之间在延展的方向和截面的朝向中的至少一个不同，从第1导播管传向第2导播管的电磁波也能够很好地耦合。并且，根据本发明，采用板状材作为内部导体，使内部导体的构造简单，且容易制造，仅进行冲压加工即可。

本发明的波导管变换器中，还具有绝缘体，该绝缘体将所述第1波导管及第2波导管的各自的内壁与所述内部导体进行电绝缘。

本发明的波导管变换器中，所述内部导体，露出至所述第1波导管内的第1部位的第1宽度比露出到所述第2波导管内的第2部位的第2宽度大。

本发明的波导管变换器中，所述绝缘体具有筒状部，该筒状部嵌合在所述第2部位的至少一部分上。

本发明的波导管变换器中，所述第1波导管和第2波导管的中心轴具有互相平行的部分。

本发明的波导管变换器中，所述第1波导管具有矩形截面，该矩形的一对相向的第1侧面面向上述第2波导管，在上述矩形截面中，该第1侧面的宽度比该矩形另一对的垂直于该第1侧面的第2侧面的宽度窄。

本发明的波导管变换器中，所述内部导体在所述第1部位的一部上具有突起部。

本发明的波导管变换器中，所述突起部位于所述第1部位的末端位置，具有比所述第1宽度窄的第3宽度。

本发明的波导管变换器中，所述第2部位和所述突起部的宽度大致相同。

本发明的波导管变换器中，所述内部导体具有支持部位，该支持部位沿与所述内部导体的长轴方向垂直的方向，自所述第1部位及所述突起部的至少一方起延展规定长。

本发明的波导管变换器中，所述第1波导管具有支撑所述支持部位的支撑部，该支撑部将所述支持部位支撑在所述第1波导管的侧壁上。

本发明提供一种天线装置，其具有：第1波导管，传导电磁波；第2波导管，所述电磁波从上述第1波导管被输入，使该电磁波沿不同于在所述第1波导管传导的电磁波的传导方向传导；长尺板状的内部导体，其两端分别露出至所述第1波导管和所述第2波导管的腔内并被配置在所述第1波导管和所述第2波导管之间；天线，将在所述第2波导管传导的电磁波从辐射面向空中辐射。

据此，即使第1波导管与第2波导管相互之间在延展的方向和截面的朝向中的至少一个不同，从第1导播管传向第2导播管的电磁波也能够很好地耦合。并且，根据本发明，采用板状材作为内部导体，使内部导体的构造简单，且容易制造，仅进行冲压加工即可。

本发明的天线装置中，还具有绝缘体，该绝缘体将所述第1波导管及第2波导管的各自的内壁与所述内部导体进行电绝缘。

本发明的天线装置中，所述内部导体，露出至所述第1波导管内的第1部位的第1宽度比露出到所述第2波导管内的第2部位的第2宽度大。

本发明的天线装置中，所述第1波导管以及第2波导管配置在与所述天线的辐射面相对的背面侧，该天线装置还具有天线罩，罩住所述第1波导管的至少一部、所述第2波导管及所述天线。

本发明提供一种雷达装置，具备：电磁波产生源，产生电磁波；第1波导管，所述电磁波从一端被输入并传导；第2波导管，所述电磁波从上述第1波导管被输入，使该电磁波沿不同于在所述第1波导管传导的电磁波的传导方向传导；天线，将在所述第2波导管中传导的电磁波从辐射面向空中辐射的天线；长尺板状的内部导体，其两端分别露出至所述第1波导管和所述第2波导管的腔内并被配置在所述第1波导管和上述第2波导管之间。

据此，即使第1波导管与第2波导管相互之间在延展方向和截面朝向中的至少一个不同，从第1导播管传向第2导播管的电磁波也能够很好地耦合。并且，根据本发明，采用板状材作为内部导体，使内部导体的构造简单，且容易制造，仅进行冲压加工即可。

本发明的天线装置中，所述第1波导管以及第2波导管配置在与所述天线的辐射面相对的背面侧。

本发明的天线装置中，所述雷达装置还具有天线罩，罩住所述第1波导管的至少一部、所述第2波导管及所述天线。

本发明的天线装置中，所述雷达装置还具有绝缘体，该绝缘体将所述第1波导管及第2波导管的各自的内壁与所述内部导体进行电绝缘。

本发明的天线装置中，所述内部导体具有第1部位和第2部位，该第1部位位于所述内部导体的长轴方向的一端具有第1宽度，并露出到所述第1波导管的腔内；该第2部位位于所述长轴方向的另一端，具有比所述第1宽度窄的第2宽度，并露出到所述第2波导管的腔内。

附图说明

图1是表示涉及本发明的波导管变换器适用于二维缝隙阵天线的一实施方式的概略立体图。

图2是波导管变换器周围构造的示意图。其中，图2(a)表示平面图，(b)及(c)表示侧视图，(d)表示沿(a)线I-I得到的断面图，在此天线罩罩住波导管。

图3是内部导体31的详细构造示意图，其中，图3(a)是图2(d)所示的内部导体的扩大图；图3(b)表示图3(a)仰视图的一部分。

图4是采用图3所示的内部导体时回波损耗的模拟结果的示意图。

图5是采用图3所示内部导体且第3部位是3.2mm时回波损耗的模拟结果的示意图。

图6是采用图3所示内部导体且第3部位是3.4mm时回波损耗的模拟结果的示意图。

图7是概略地表示涉及本发明的一实施方式的雷达装置的框图。

图中：10、导入用波导管部(第1波导管)  102、开口20、馈电用波导管部(第2波导管)  202、输入腔  203、连接部30、波导管变换器  31、内部导体  32、绝缘材(绝缘体材)311、第1部位  312、第2部位  313、第3部位  314、支持部位  315、孔40、天线部

具体实施方式

图1是涉及本发明的波导管变换器适用于二维缝隙阵天线的一实施方式的概略立体图。图2是波导管变换器周围构造的示意图。其中，图2(a)表示平面图，(b)及(c)表示侧视图，(d)表示沿(a)线I-I得到的断面图，在此天线罩罩住波导管。在图1中，表示缝隙阵的通常朝向，在此，天线辐射面垂直于水平面，以使微波向水平方向辐射。

二维缝隙阵天线装置具备：作为从下面导入微波的第1波导管的导入用波导管部10。导入用波导管部10在垂直方向上延展，其上端部分向水平方向弯曲，该二维缝隙阵天线装置还具备位于导入用波导管部10下流侧(发射电磁波时，相对于导入用波导管部10，该电磁波后经过的位置)的作为第2波导管的馈电用波导管部20，该馈电用波导管部20沿着导入用波导管部10的水平部分的相反方向水平地延展(即、在两个波导部分电磁波的传导方向相反)，二维缝隙阵天线装置还具备将导入用波导管部10与馈电用波导管部20耦合的波导管变换器30以及天线部40。

导入用波导管10，将来自微波发生源(如、磁控管50)的微波直接或经由其他波导管被导入，导入的微波经由波导管变换器30传导至下流侧。导入用波导管部10具有规定的矩形截面，且被设计成能够产生所需的驻波(例如9.4GHz的微波)的尺寸。在导入用波导管部10的一侧面距一端部101能取得阻抗匹配的规定位置上，形成用于设置波导管变换器30的圆形开口102。

馈电用波导管部20将从导入用波导管部10经波导管变换器30被馈送而来的电磁波传导至天线部40。在馈电用波导管部20的一端201侧，具有输入来自导入用波导管10的电磁波的输入腔部202。输入腔部202和圆筒状的连接部203相连通，该连接部203和导入用波导管部10的开口102连通，波导管变换器30被配置在该连接部203中。另外，馈电用波导管部20的输入腔部202的另一端与馈电腔部204相连通。如图1和2所示，馈电腔部204在与导入用波导管部10的水平部分的长轴相垂直的方向上具有必要的长度。

在馈电腔部204的左表面侧，在图2(a)的馈电腔部204直线排列形成规定个数的缝隙205(在此为4个)且缝隙间有规定间距，沿垂直方向(即、馈电腔部204的延展方向)延展，馈电腔部204将输入到输入腔202的电磁波分岔传导，并经由4个缝隙205将分叉后的电磁波传导至天线部40。另外，输入腔202设置于4个缝隙205中的内侧(直线排列的4个缝隙205中两端以外)的一个缝隙相对的位置上，并能取得阻抗匹配。

波导管变换器30，贯通开口102及被开口的连接部203。波导管变换器30由内部导体31和围绕内部导体31的一部分的、例如聚四氟乙烯(注册商标)等绝缘材32构成。

图3是内部导体31的详细构造示意图，其中，图3(a)是图2(d)所示的内部导体的扩大图；图3(b)表示图3(a)仰视图的一部分。图3中，内部导体31是沿水平轴具有规定厚度d(在本实施方式中是2mm)的板材。内部导体31采用导电材料、最好是高导电材料，例如青铜。代替青铜，也可以采用具有导电材料或高导电材料的性能的材料。

内部导体31大致呈长尺形状。内部导体31沿其长轴具有第1部位311、第2部位312、第3部位313。第1部位311大致位于内部导体31的一端(图3的右端)，在垂直方向上具有第1宽度w1(例如、3mm)，且露出到导入用波导管部10的腔内；第2部位312位于内部导体31的另一端(图3的左端)，具有比第1部位311的宽度窄的第2宽度w2(例如、2mm)，露出到馈电用波导管20；第3部位突出形成于第1部位311的右端，主要作为阻抗匹配部件。并且，内部导体31还具有支撑部314，该支撑部314从第1部位311及第3部位313中至少一方起向与内部导体31的长轴方向相垂直的方向上延展规定长度而形成。

第一部位311及第2部位312在内部导体31的长轴方向上的尺寸，分别设计成必要的长度，这里设定为7.55mm、16.1mm。另外，第1部位311的宽度尺寸w1及第2部位312的宽度尺寸w2被设计成导入用波导管部10和馈电用波导管部20都能取得阻抗匹配，且分别露出到导入用波导管部10和馈电用波导管部20，因此，彼此之间电磁波能够恰当地耦合。在本实施方式中，第3部位313是设置在在第1部位311的右端具有规定宽度w3(例如，2mm)，窄于第1部位311的宽度(即、3mm)。

绝缘材32内嵌第2部位312为圆筒形状，另一方面，为了第2部位312被内嵌于筒内部，该筒内部的横截面(厚×宽)形成为相应的长方形形状，这里形成为2mm×2mm的正方形。另外，如图2所示，绝缘材32的长度尺寸设置为在安装状态下与馈电用波导管部20的上面相抵接的长度尺寸。

第3部位313的长度尺寸及宽度尺寸，如图3所示要比第1部位311的宽度尺寸短且窄，这里，该长度尺寸为2mm、宽度尺寸为2mm。该第3部位313设计在第1部位311的适当位置上，为了与导入用波导管10取得阻抗匹配。在第1部位311的水平或垂直的中间位置上，在其侧面上设置第3部位313，并且设计其长度和宽度时，还可以考虑阻抗匹配使其具有规定的长度尺寸及规定的宽度尺寸。形状也不限于矩形，例如也可以是半圆形。并且，第3部位313的个数，也不限定于1个，也可以考虑阻抗匹配在第1部位311的合适位置上设置2个或2个以上的规定个数。

支持部位314也可以设定为规定尺寸(如宽度约2mm、长度约4mm)。并且，在支持部位314上形成系紧用的孔315，为了通过图中未示出的螺丝等将波导管变换器30固定于导入用波导管部10的内壁的合适位置上。图2(c)表示该固定状态。据此，如本实施方式，由于内部导体31由板材形成，就可以通过冲压加工等很容易地制造出具有该必要形状的内部导体31以及孔35。

返回到图2，天线部40用波导管形成，并且在水平方向和垂直方向排列有两个或更多地缝隙(如图2(b)所示)。天线部40上形成有缝隙，在此是两个或更多个缝隙被二维地设置在天线部40的侧面上(如图2(a)所示的左侧面)。比如，在本实施方式中，由于通过简单的冲压形成辐射面，各缝隙行沿垂直方向配置，一个缝隙行具备3个缝隙，邻接缝隙的倾斜角彼此反号。另外，这样的缝隙阵列在电磁波传导方向上以规定间距排列。例如、管内波长的1/2(或者其奇数倍)。据此，TEn0模的电磁波在波导管内传导，从缝隙阵列具有必要指向性地进行辐射。

图4是采用图3所示的内部导体31时回波损耗的模拟结果的示意图。如图4所示，使用的微波的中心频率为9.41GHz，频带为9.38GHz～9.44GHz的范围内，该回波损耗电平变为-30dB以下，恰当地耦合。

并且，图5、图6是对于第1部位311的宽度尺寸是3.0mm，关于3.2mm、3.4mm进行回波模拟时的图表。图5、图6都在9.38GHz～9.44GHz的范围内，在中央的9.41GHz附近出现回波损耗电平最小值的特性。并且，各个模拟中，在9.38GHz、9.44GHz附近回波损耗电平均稍超过-30dB，实质上在频带内是处于大致-30dB以下。

另外，本发明可适用于作为微波装置的代表例的雷达装置。雷达装置一般地具有高频电路部。如图7所示，该高频电路部具有磁控管50及旋转接头60等。磁控管50被驱动部51间歇性驱动并振荡输出脉冲状的微波；旋转接头60将微波传送天线部侧，该天线部侧含有成为在水平面上旋转的旋转侧的天线。在这样的构成中，导入用波导管部10相当于第1波导管，馈电用波导管部20相当于第2波导管。并且，根据驱动部51脉冲驱动磁控管50输出9.41GHz的脉冲状微波信号，该微波信号经由旋转接头60、导入用波导管10、波导管变换器30、馈电用波导管部30传导至天线部40，被辐射至空中。

并且，第1波导管和第2波导管并不限定于本实施方式中的导入用波导管部10、馈电用波导管部20，只要是上流侧的波导管和其下流侧的波导管相耦合的关系的情况均可适用。

Claims (16)

1.一种波导管变换器，具备：

第1波导管，电磁波从其一端被输入并传导；

第2波导管，所述电磁波从所述第1波导管输入至第2波导管，使该电磁波在第2波导管中沿不同于在所述第1波导管传导的电磁波的传导方向传导；

长尺板状的内部导体，其被配置在所述第1波导管和所述第2波导管之间,并且其两端分别露出至所述第1波导管和所述第2波导管的腔内；

所述内部导体中，露出至所述第1波导管内的第1部位的第1宽度比露出到所述第2波导管内的第2部位的第2宽度大,

所述内部导体在所述第1部位的一部分上具有突起部。

2.根据权利要求1所述的波导管变换器，其特征在于:

还具有绝缘体，该绝缘体将所述第1波导管及第2波导管的各自的内壁与所述内部导体进行电绝缘。

3.根据权利要求2所述的波导管变换器，其特征在于:

所述绝缘体具有筒状部，该筒状部嵌合在所述第2部位的至少一部分上。

4.根据权利要求2所述的波导管变换器，其特征在于:

所述第1波导管和第2波导管的中心轴具有互相平行的部分。

5.根据权利要求4所述的波导管变换器，其特征在于:

所述第1波导管具有矩形截面，该矩形的一对相向的第1对边面向上述第2波导管，在上述矩形截面中，该第1对边的宽度比该矩形另一对的垂直于该第1对边的第2对边的宽度窄。

6.根据权利要求1所述的波导管变换器，其特征在于:

所述突起部位于所述第1部位的末端位置，具有比所述第1宽度窄的第3宽度。

7.根据权利要求6所述的波导管变换器，其特征在于:

所述第2部位和所述突起部的宽度相同。

8.根据权利要求7所述的波导管变换器，其特征在于:

所述内部导体具有支持部位，该支持部位沿与所述内部导体的长轴方向垂直的方向，自所述第1部位或所述突起部起延展规定长。

9.根据权利要求8所述的波导管变换器，其特征在于:

所述第1波导管具有支撑所述支持部位的支撑部，该支撑部将所述支持部位支撑在所述第1波导管的侧壁上。

10.一种天线装置，其特征在于，具有:

第1波导管，电磁波从其一端被输入并传导；

第2波导管，所述电磁波从上述第1波导管输入至第2波导管，使该电磁波在第2波导管中沿不同于在所述第1波导管传导的电磁波的传导方向传导；

长尺板状的内部导体，其被配置在所述第1波导管和上述第2波导管之间，并且其两端分别露出至所述第1波导管和所述第2波导管的腔内；

天线，将在所述第2波导管传导的电磁波从辐射面向空中辐射,

所述内部导体中，露出至所述第1波导管内的第1部位的第1宽度比露出到所述第2波导管内的第2部位的第2宽度大,

所述内部导体在所述第1部位的一部分上具有突起部。

11.根据权利要求10所述的天线装置，其特征在于:

还具有绝缘体，该绝缘体将所述第1波导管及第2波导管的各自的内壁与所述内部导体进行电绝缘。

12.根据权利要求10所述的天线装置，其特征在于:

所述第1波导管以及第2波导管配置在与所述天线的辐射面相对的背面侧，该天线装置还具有天线罩，罩住所述第1波导管的至少一部分、所述第2波导管及所述天线。

13.一种雷达装置，其特征在于，具备:

电磁波产生源，产生电磁波；

第1波导管，所述电磁波从一端被输入并传导；

第2波导管，所述电磁波从上述第1波导管输入至第2波导管，使该电磁波在第2波导管中沿不同于在所述第1波导管传导的电磁波的传导方向传导；

天线，将在所述第2波导管中传导的电磁波从辐射面向空中辐射；

长尺板状的内部导体，其被配置在所述第1波导管和上述第2波导管之间，并且其两端分别露出至所述第1波导管和所述第2波导管的腔内；

所述内部导体具有第1部位和第2部位，该第1部位位于所述内部导体的长轴方向的一端，其具有第1宽度，并露出到所述第1波导管的腔内；该第2部位位于所述长轴方向的另一端，具有比所述第1宽度窄的第2宽度，并露出到所述第2波导管的腔内，

所述内部导体在所述第1部位的一部分上具有突起部。

14.根据权利要求13所述的雷达装置，其特征在于：

所述第1波导管以及第2波导管配置在与所述天线的辐射面相对的背面侧。

15.根据权利要求14所述的雷达装置，其特征在于：

还具有天线罩，罩住所述第1波导管的至少一部分、所述第2波导管及所述天线。

16.根据权利要求15所述的雷达装置，其特征在于：

还具有绝缘体，该绝缘体将所述第1波导管及第2波导管的各自的内壁与所述内部导体进行电绝缘。