CN109378595B - 一种新型宽带低剖面阵列天线 - Google Patents

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Abstract

一种新型宽带低剖面阵列天线，包括：波导缝隙阵列，由分段的若干个波导子阵组成；多级矩形同轴阻抗变换器，采用多层折叠形式，具有多个输出端口，并通过多个输出端口固定连接各个波导子阵，对每个波导子阵进行馈电；波导同轴转换器，与多级矩形同轴阻抗变换器的输入端口连接，用于将矩形波导转换成SMA同轴馈电形式，便于测试和应用。波导缝隙阵列呈“一字”排列，拓展了天线带宽；采用多级矩形同轴阻抗变换器，综合了微带馈电网络和波导馈电网络的优点，既有效拓展了频带宽度，提高带内平坦度，又减小插损；多级矩形同轴阻抗变换器可根据实际应用需求，实现任意端口数和多端口的任意功率分配比，同时可根据带宽需求，采用单级或多级阻抗变换形式；采用多层折叠形式，有效减小剖面。

Description

一种新型宽带低剖面阵列天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种新型宽带低剖面阵列天线。
背景技术
近年来，随着现代雷达通信和电子对抗技术的发展，许多军用、民用领域部门对天线系统提出越来越苛刻的要求，高增益、低副瓣、宽频带、低损耗的性能，以及剖面低、结构简单的设计要求，已成为国内外众多学者孜孜不倦的追求。
波导缝隙阵列天线得益于其结构紧凑、辐射效率高、功率容量大、易于控制口径分布等优点，尤其是脊波导缝隙天线在一定程度上可以拓展频带宽度，减小天线尺寸，因此被广泛应用在许多要求窄波束、低副瓣的雷达系统和微波通信中。
高增益天线通常采用阵列形式实现，如何对大型阵列进行馈电，成为天线设计的重要问题。常见的馈电方式如微带线/带状线网络馈电、波导网络馈电，通过合理设计功分网络的功率和相位分配，达到各种既定的天线方向图要求。但微带线/带状线馈电网络在分支处具有很大的阻抗不连续性，且相互平行的微带线之间存在耦合，对于较高的工作频率，电长度过大带来不可忽视的传输损耗，并造成功分网络出口处功率幅度的波动；波导网络馈电结构通常结构简单，损耗低，但相对带宽较窄。
发明内容
本申请提供一种新型宽带低剖面阵列天线，该天线是一种具有低副瓣、宽频带、低剖面、低损耗的天线，具体的解决方案如下：
包括：
波导缝隙阵列，由分段的若干个波导子阵组成；
多级矩形同轴阻抗变换器，采用多层折叠形式，具有多个输出端口，并通过多个输出端口固定连接各个波导子阵，对每个波导子阵进行馈电；
波导同轴转换器，与所述多级矩形同轴阻抗变换器的输入端口连接，用于将矩形波导转换成SMA同轴馈电形式。
一种实施例中，所述波导缝隙阵列为脊波导缝隙线阵。
一种实施例中，每个波导子阵由两组八字缝隙组成。
一种实施例中，每个脊波导子阵的底端开设有定位槽，所述多级矩形同轴阻抗变换器的输出端口固定安装于所述定位槽内。
一种实施例中，所述多级阻抗变换器包括金属外腔、矩形同轴变换内芯、调谐枝节和柱状穿层连接体；
所述矩形同轴变换内芯贯穿所述金属外腔，所述矩形同轴变换内芯的输出端凸出于所述金属外腔，且，所述矩形同轴变换内芯输出端凸出的高度等于所述脊波导脊的高度；
所述矩形同轴变换内芯输出端的末端设置有所述调谐枝节，通过调整所述调谐枝节的尺寸调整天线的驻波曲线；
所述多级阻抗变换器中各折叠层之间的互联通过所述柱状穿层连接体进行级联。
一种实施例中，所述多级矩形同轴阻抗变换器中的介质为空气介质。
一种实施例中，所述多级矩形同轴阻抗变换器可根据实际应用需求，实现任意端口数和多端口的任意功率分配比，同时可根据带宽需求，采用单级或多级阻抗变换形式。
依据上述实施例的新型宽带低剖面阵列天线，与现有技术相比，其显著优点为：
1、波导缝隙阵列由分段的若干个波导子阵组成，呈“一字”排列，拓展了天线带宽。
2、采用矩形同轴阻抗变换器，综合了微带馈电网络和波导馈电网络的优点，既有效拓展了频带宽度，提高带内平坦度，又减小插损；多级矩形同轴阻抗变换器可根据实际应用需求，实现任意端口数和多端口的任意功率分配比，同时可根据带宽需求，采用单级或多级阻抗变换形式。
3、采用多层折叠形式的矩形同轴阻抗变换器，有效减小剖面。
4、本发明实施例中，矩形同轴变换器多个输出端口为不等功率输出，满足泰勒分布规律，实现天线低副瓣特性。
附图说明
图1为天线整体结构示意图；
图2为脊波导缝隙阵列线性排布示意图；
图3为脊波导子阵结构示意图；
图4为多级阻抗变换器的整体结构示意图；
图5为图4的局部放大图；
图6为具体应用例的天线整体结构示意图；
图7为图6天线的驻波比仿真图；
图8为图6天线的方向图仿真图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
在本发明实施例中，提供一种新型宽带低剖面阵列天线，其结构示意图如图1所示，包括波导缝隙阵列1、多级矩形同轴阻抗变换器2和波导同轴转换器3，其中，波导缝隙阵列1由分段的若干个波导子阵11组成，优先的，波导缝隙阵列1为脊波导缝隙线阵，如图2所示，即若干个脊波导子阵呈线性“一”字排布构成，拓展了天线带宽。具体的，脊波导缝隙线阵采用脊边八字开缝形式，其中，每个脊波导子阵由两组八字缝隙组成，如图3所示。
多级矩形同轴阻抗变换器2具有多个输出端口，并通过多个输出端口固定连接各个脊波导子阵，对每个脊波导子阵进行馈电，为了使多级矩形同轴阻抗变换器2与脊波导子阵进行更好的固定连接，本例的每个脊波导子阵的底端开设有定位槽12，多级矩形同轴阻抗变换器2的输出端口固定安装于该定位槽12内，以实现多级矩形同轴阻抗变换器2置于脊波导缝隙线阵的底侧。
波导同轴转换器3与多级阻抗变换器2的输入端口连接，用于将矩形波导转换成SMA同轴馈电形式。
本例的多级矩形同轴阻抗变换器2的整体结构图如图4所示，局部放大图如图5所示，具体的，多级阻抗变换器2包括金属外腔21、矩形同轴变换内芯22、调谐枝节23和柱状穿层连接体24，其中，矩形同轴变换内芯22贯穿金属外腔21，矩形同轴变换内芯22的输出端凸出于金属外腔21的外部，且，矩形同轴变换内芯22输出端凸出的高度等于定位槽12的高度，以方便对脊波导子阵进行馈电；矩形同轴变换内芯22输出端的末端设置有调谐枝节23，通过调整调谐枝节23的尺寸调整天线的驻波曲线；多级矩形同轴阻抗变换器2中各折叠层之间的互联通过穿柱状层连接体24进行级联。
进一步，本例的多级矩形同轴阻抗变换器2采用空气介质，可以有效降低损耗和重量。
本例通过设计多级矩形同轴阻抗变换器2及脊波导缝隙阵列的分段结构，可根据实际应用需求，实现任意端口数和多端口的任意功率分配比，以使多级矩形同轴阻抗变换器2的多个输出端口为不等功率输出，满足泰勒分布规律，实现天线低副瓣特性，同时可根据带宽需求，采用单级或多级阻抗变换形式。
基于前述的天线设计构思，下面举一个具体的天线应用例，以便于更好的理解本发明的技术方案。
具体的天线结构如图6所示，具体包括波导缝隙阵列1、2个多级矩形同轴阻抗变换器2和2个波导同轴转换器3；2个多级矩形同轴阻抗变换器2分别置于波导缝隙阵列1底侧，呈中心对称，采用螺钉固定方式进行级联；2个波导同轴转换器3分别置于2个多级阻抗变换器2的两个输入端口。
波导缝隙阵列1采用16个脊边八字开缝形式的脊波导子阵组阵方式，从而拓展了天线带宽。多级矩形同轴阻抗变换器2的矩形同轴变换内芯为1分8不等分功分器，满足泰勒分布规律，实现天线低副瓣特性。
通过对上述结构的天线进行仿真，如图7所示，天线在5-6GHz(相对带宽18％)内驻波比均小于1.6。如图8所示，中心频率为5.5GHz时，天线副瓣电平为-32dB，在5-6GHz频带内，天线副瓣电平均＜-25dB。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (4)

1.一种宽带低剖面阵列天线，其特征在于，包括：
波导缝隙阵列，由分段的若干个波导子阵组成，具体的，所述波导缝隙阵列为脊波导缝隙线阵，且每个波导子阵由两组八字缝隙组成；
多级矩形同轴阻抗变换器，采用多层折叠形式，具有级联的多个输出端口，并通过多个输出端口固定连接各个波导子阵，对每个波导子阵进行馈电；其中，所述多级矩形同轴阻抗变换器包括金属外腔、矩形同轴变换内芯、调谐枝节和柱状穿层连接体；
所述矩形同轴变换内芯贯穿所述金属外腔，所述矩形同轴变换内芯的输出端凸出于所述金属外腔，且，所述矩形同轴变换内芯输出端凸出的高度等于脊波导脊的高度；
所述内芯输出端的末端设置有所述调谐枝节，通过调整所述调谐枝节的尺寸调整天线的驻波曲线；
所述多级矩形同轴阻抗变换器中各折叠层之间的互联通过所述柱状穿层连接体进行级联；
波导同轴转换器，与所述多级矩形同轴阻抗变换器的输入端口连接，用于将矩形波导转换成SMA同轴馈电形式。
2.如权利要求1所述的宽带低剖面阵列天线，其特征在于，每个波导子阵的底端开设有定位槽，所述多级矩形同轴阻抗变换器的输出端口固定安装于所述定位槽内。
3.如权利要求1所述的宽带低剖面阵列天线，其特征在于，所述多级矩形同轴阻抗变换器中的介质为空气介质。
4.如权利要求1所述的宽带低剖面阵列天线，其特征在于，所述多级矩形同轴阻抗变换器可根据实际应用需求，实现任意端口数和多端口的任意功率分配比，同时可根据带宽需求，采用单级或多级阻抗变换形式。
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