CN109802240A - 一种基于矩形波导的圆极化缝隙天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于矩形波导的圆极化缝隙天线，解决的技术问题：针对背景技术中提及的现有技术中单条缝隙电线，虽然加工简单，基本都是线极化天线，并且天线的方向性较弱的技术问题。采取的技术方案，一种基于矩形波导的圆极化缝隙天线，在矩形波导的一个表面上沿圆周方向设置至少两条缝隙，缝隙包括至少第一段缝隙和第二段缝隙；在矩形波导表面上设置一个用于供所有缝隙内的第一段缝隙的自由端分布的圆形区域，每条缝隙内第一段缝隙均位于圆形区域内且均布设置，每条缝隙内第二段缝隙与矩形波导的传输轴线之间形成夹角。优点：本缝隙天线，各个缝隙的形状相似，面电流分布相同，具有相似的电特性，其辐射场也相似，可以提高天线的方向性。

Description

一种基于矩形波导的圆极化缝隙天线

技术领域

本发明涉及缝隙天线技术领域，具体是一种基于矩形波导的圆极化缝隙天线。

背景技术

缝隙天线是在传输电磁波的金属导体壁上开细长的缝隙，电磁波通过缝隙向外空间辐射，而形成的一种口径天线。在同轴线、波导管或空腔谐振器的导体面上开缝形成的天线，也称为开槽天线。近些年来波导缝隙天线由于其体积小、低副瓣、馈电方便、结构牢固、高可靠性等特点得到了广泛应用。

在飞行的物体上，对线极化电磁波存在着不稳定的极化损耗，甚至不能够接收电磁波，采用圆极化天线可以避免。另外飞行物体上存在空气阻力，天线的外形尽可能与飞行物体表面相同，共形可以避免额外的空气阻力。

缝隙天线的缝隙形状、位置及大小对缝隙天线的性能同样起到关键作用，目前常见的缝隙形状是长条形的，长度为半个波长，根据分布位置的不同分为宽边纵向缝隙、横向缝隙、斜缝隙或者是窄边缝隙，这些单条缝隙电线，虽然加工简单，基本都是线极化天线，并且天线的方向性较弱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对背景技术中提及的现有技术中单条缝隙电线，虽然加工简单，基本都是线极化天线，并且天线的方向性较弱的技术问题。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于矩形波导的圆极化缝隙天线，在矩形波导的一个表面上沿圆周方向设置至少两条缝隙，

缝隙包括至少第一段缝隙和第二段缝隙，第一段缝隙和第二段缝隙组合呈“L”型；

在矩形波导表面上设置一个用于供所有缝隙内的第一段缝隙的自由端分布的圆形区域，每条缝隙内第一段缝隙均位于圆形区域内且均布设置，每条缝隙内第二段缝隙与矩形波导的传输轴线之间形成夹角。

对本发明技术方案的优选，在第二段缝隙的自由端延伸设置第三段缝隙。

对本发明技术方案的优选，第三段缝隙垂直于第二段缝隙，第一段缝隙、第二段缝隙和第三段缝隙组合呈“U”型。

对本发明技术方案的优选，在第二段缝隙的自由端延伸设置第三段缝隙，在第三段缝隙的自由端延伸设置第四段缝隙。

对本发明技术方案的优选，第一段缝隙和第二段缝隙的宽度不等，第一段缝隙和第二段缝隙的长度不等。

对本发明技术方案的优选，电磁波传输方向位于圆形区域内。

本发明缝隙天线的工作原理为：电磁波从矩形波导的开放端口输入，传输到封闭端口时通过终端短路板反射，在传输槽内形成驻。而电磁波通过缝隙向外辐射，形成天线。天线的谐振频率由缝隙的长度决定，一般缝隙天线的长度为半波长，采用几条结构形式相似的缝隙，并采取圆周均布放置组合，组合形成类似阵列形状的缝隙阵列，并且缝隙与矩形波导的传输轴线之间有夹角，因此可以改变各个缝隙产生的电磁波相位有差值，实现了电磁波的旋转极化。同时各个缝隙的形状相似，面电流分布相同，具有相似的电特性，其辐射场也相似，可以提高天线的方向性。

本发明提出一种基于矩形波导的圆极化缝隙天线的制作方法，包括以下步骤：

1)取矩形波导的宽边上导体面，在上导体面上确定平行于电磁波传输方向的中心线，以此中心线的一段作为直径构成圆形区域，在圆形区域内选取多个均布设置的圆点，定义这些圆点均为缝隙内第一段缝隙的自由端端点；

2)选取第一圆点，将铣刀移动至圆点处，通过铣刀，沿向上的方向加工第一段缝隙；

3)在步骤2中的第一段缝隙终点处，将铣刀向右移动，加工垂直于第一段缝隙的第二段缝隙；

4)在步骤3中的第二段缝隙的终点处，铣刀向下移动，加工出第三段缝隙；

5)在步骤4中的第三段缝隙终点处，铣刀继续移动，加工出第四段缝隙；依次类推，继续加工出后续的；

6)选取与第一圆点相邻的圆点作为第二圆点，将矩形波导以第二圆点为旋转点，将矩形波导以第二圆点为旋转点，向右旋转一定的角度，旋转角度依据缝隙的数量在360°内等分确定；若缝隙数量为四条，矩形波导向右旋转90°，若缝隙数量为三条，矩形波导向右旋转120°；

7)将铣刀移动至第二圆点处；通过铣刀，沿向上的方向加工第一段缝隙；

8)在步骤7中的第一段缝隙终点处，将铣刀向右移动，加工垂直于第一段缝隙的第二段缝隙；

9)在步骤8中的第二段缝隙的终点处，铣刀向下移动，加工出第三段缝隙；

10)在步骤9中的第三段缝隙终点处，铣刀继续移动，加工出第四段缝隙；依次类推，继续加工出后续的；

11)选取与第二圆点相邻的圆点作为第三圆点，将矩形波导以第二圆点为旋转点，将矩形波导以第二圆点为旋转点，向右旋转一定的角度，旋转角度依据缝隙的数量在360°内等分确定；若缝隙数量为四条，矩形波导向右旋转90°，若缝隙数量为三条，矩形波导向右旋转120°；

12)将铣刀移动至第三圆点处；通过铣刀，沿向上的方向加工第一段缝隙；

13)重复上述步骤8-步骤12，直至加工出所有缝隙。

本发明的有益效果是：

1、本基于矩形波导的圆极化缝隙天线，圆极化信号可以被各种线极化天线接收，在侦察和干扰中，普遍采用圆极化天线。圆极化微带天线就是能满足这些要求的比较理想的天线圆极化天线在无线电领域中有重要作用。在现代无线通信系统中，飞机、导弹以及卫星等高速运行的载体，空气动力学等特性，载体的外形结构不能破坏，天线需要与表面相共形。波导传输线可以实现与高速运行载体的表面共形,且实现圆极化天线。一般波导缝隙天线采用波导作为电磁波传输的载体，通常终端采用短路板过匹配负载的形式，采用短路板时电磁波的反射较大，因此输入端的驻波较差，本发明选取的缝隙能有效地辐射电磁波，工作频率范围内端口的驻波比较小。

2、本基于矩形波导的圆极化缝隙天线，采用几条结构形状相似的缝隙，采取选择组合形成天线阵列，并且存在着与传输轴线有一定的夹角，因此可以改变各个缝隙产生的电磁波相位有差值，实现了电磁波的旋转极化。同时各个缝隙的形状相似，面电流分布相同，具有相似的电特性，其辐射场也相似，可以提高天线的方向性。

附图说明

图1是本发明基于矩形波导的圆极化缝隙天线的俯视图。

图2是缝隙的加工步骤过程图一。

图3是缝隙的加工步骤过程图二。

图4是缝隙的加工步骤过程图三。

图5是缝隙的加工步骤过程图四。

图6是缝隙的加工步骤过程图五。

图7是三条缝隙的圆极化缝隙天线的俯视图。

图8是实施例的圆极化缝隙天线的尺寸示意图。

图9是实施例的利用三维电磁仿真软件HFSS进行仿真得出的圆极化缝隙天线增益图。

图10是实施例圆极化缝隙天线的波导输入端口的驻波参数图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图10和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本实施例中基于矩形波导的圆极化缝隙天线，在矩形波导5的一个表面上沿圆周方向设置至少两条缝隙，缝隙包括至少第一段缝隙6和第二段缝隙7，第一段缝隙6和第二段缝隙7组合呈“L”型；在矩形波导5表面上设置一个用于供所有缝隙内的第一段缝隙6的自由端分布的圆形区域，电磁波传输方向位于圆形区域内。每条缝隙内第一段缝隙6均位于圆形区域内且均布设置，每条缝隙内第二段缝隙7与矩形波导5的传输轴线之间形成夹角。

本实施例中采用的矩形波导5为本技术领域内的常规技术产品。

如图1所示，本实施例中在矩形波导5的一个表面上沿圆周方向设置四条缝隙，分别为第一条缝隙1、第二条缝隙2、第三条缝隙3和第四条缝隙4。图1中第一条缝隙1、第二条缝隙2、第三条缝隙3和第四条缝隙4均包括第一段缝隙6、第二段缝隙7和第三段缝隙8，第三段缝隙8垂直于第二段缝隙7，第一段缝隙6、第二段缝隙7和第三段缝隙8组合呈“U”型。

如图6所示，根据具体的情况，第三段缝隙8的自由端可继续沿不同方向向外增加第四段缝隙、第五段缝隙等等。

如图1所示，第一段缝隙6、第二段缝隙7和第三段缝隙8的宽度不等，第一段缝隙6、第二段缝隙7和第三段缝隙8长度不等。

本实施例中四条缝隙的结构形状相似，四条缝隙在位置上均分360°，圆极化缝隙天线由3条组成，则彼此间相差120°，如图7所示.由4条组成，则彼此间相差90°，如图1所示。圆极化缝隙天线由6条缝隙组成，则彼此间相差60°；以此类推。

如图1所示，四条缝隙的结构形状相似，四条缝隙内的第一段缝隙6均布设置在圆形区域内，在圆形区域内呈旋转阵列状布置。

如图2-5所示，本实施例以四条缝隙、每条缝隙包括第一段缝隙6、第二段缝隙7和第三段缝隙8，第一段缝隙6、第二段缝隙7和第三段缝隙8组合呈“U”型。

为例进一步说明圆极化缝隙天线的制作方法。

一种基于矩形波导的圆极化缝隙天线的制作方法，包括以下步骤：

1)取矩形波导的宽边上导体面，在上导体面上确定平行于电磁波传输方向的中心线，以此中心线的一段作为直径构成圆形区域，在圆形区域内选取四个均布设置的圆点，定义这些圆点均为缝隙内第一段缝隙6的自由端端点；

2)选取第一圆点，将铣刀移动至圆点处，通过铣刀，沿向上的方向加工第一段缝隙6；

3)在步骤2中的第一段缝隙6终点处，将铣刀向右移动，加工出垂直于第一段缝隙6的第二段缝隙7；

4)在步骤3中的第二段缝隙7的终点处，铣刀向下移动，加工出垂直于第二段缝隙7的第三段缝隙8；此时加工出第一条缝隙1；

5)选取与第一圆点相邻的圆点作为第二圆点，将矩形波导以第二圆点为旋转点，将矩形波导以第二圆点为旋转点，向右旋转90°；

6)将铣刀移动至第二圆点处；通过铣刀，沿向上的方向加工第一段缝隙6；

7)在步骤6中的第一段缝隙6终点处，将铣刀向右移动，加工垂直于第一段缝隙6的第二段缝隙7；

8)在步骤7中的第二段缝隙7的终点处，铣刀向下移动，加工出垂直于第二段缝隙7的第三段缝隙8；此时加工出第二条缝隙2；

9)选取与第二圆点相邻的圆点作为第三圆点，将矩形波导以第三圆点为旋转点，将矩形波导以第三圆点为旋转点，向右旋转90°；

12)将铣刀移动至第三圆点处；通过铣刀，沿向上的方向加工第一段缝隙6；

13)在步骤12中的第一段缝隙6终点处，将铣刀向右移动，加工垂直于第一段缝隙6的第二段缝隙7；

14)在步骤13中的第二段缝隙7的终点处，铣刀向下移动，加工出垂直于第二段缝隙7的第三段缝隙8；此时加工出第三条缝隙3；

15)选取与第三圆点相邻的圆点作为第四圆点，将矩形波导以第四圆点为旋转点，将矩形波导以第四圆点为旋转点，向右旋转90°；

16)将铣刀移动至第四圆点处；通过铣刀，沿向上的方向加工第一段缝隙6；

17)在步骤16中的第一段缝隙6终点处，将铣刀向右移动，加工垂直于第一段缝隙6的第二段缝隙7；

18)在步骤17中的第二段缝隙7的终点处，铣刀向下移动，加工出垂直于第二段缝隙7的第三段缝隙8；此时加工出第四条缝隙4。

如图8所示，一个具体实施例，矩形波导的宽度为15.8mm，共有4条缝隙，每条缝隙有3段短缝隙组成，缝隙的宽度均为1.1mm，三条短缝隙相继90°转向，从中心向外，3条短缝隙的长度分别为：3mm，7mm，4mm，工作中心频率为12.9GHz。利用三维电磁仿真软件HFSS进行仿真，本实施例的增益如图9所示，增益为6.2dB左右，图10为波导输入端口的驻波参数，驻波比比小于20dB。

几条结构形状相似的缝隙呈旋转阵列状布置组成了缝隙天线，实现了圆极化电磁波缝隙天线，有效地辐射电磁波，波导输入端口的驻波较小。对于终端短路的波段，实现了小驻波几条缝隙在位置上以旋转结构排列，同时各个缝隙的形状相似，面电流分布相同，具有相似的电特性，其辐射场也相似，可以提高天线的方向性。

凡本发明说明书中未作特别说明的均为现有技术或者通过现有的技术能够实现，应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于矩形波导的圆极化缝隙天线，其特征在于：在矩形波导(5)的一个表面上沿圆周方向设置至少两条缝隙，

缝隙包括至少第一段缝隙(6)和第二段缝隙(7)，第一段缝隙(6)和第二段缝隙(7)组合呈“L”型；

在矩形波导(5)表面上设置一个用于供所有缝隙内的第一段缝隙(6)的自由端分布的圆形区域，每条缝隙内第一段缝隙(6)均位于圆形区域内且均布设置，每条缝隙内第二段缝隙(7)与矩形波导(5)的传输轴线之间形成夹角。

2.根据权利要求1所述的基于矩形波导的圆极化缝隙天线，其特征在于，在第二段缝隙(7)的自由端延伸设置第三段缝隙(8)。

3.根据权利要求2所述的基于矩形波导的圆极化缝隙天线，其特征在于，第三段缝隙(8)垂直于第二段缝隙(7)，第一段缝隙(6)、第二段缝隙(7)和第三段缝隙(8)组合呈“U”型。

4.根据权利要求1所述的基于矩形波导的圆极化缝隙天线，其特征在于，在第二段缝隙(7)的自由端延伸设置第三段缝隙(8)，在第三段缝隙(8)的自由端延伸设置第四段缝隙。

5.根据权利要求1所述的基于矩形波导的圆极化缝隙天线，其特征在于，第一段缝隙(6)和第二段缝隙(7)的宽度不等，第一段缝隙(6)和第二段缝隙(7)的长度不等。

6.根据权利要求1所述的基于矩形波导的圆极化缝隙天线，其特征在于，电磁波传输方向位于圆形区域内。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于矩形波导的圆极化缝隙天线的制作方法，其特征是，包括以下步骤：

1)取矩形波导的宽边上导体面，在上导体面上确定平行于电磁波传输方向的中心线，以此中心线的一段作为直径构成圆形区域，在圆形区域内选取多个均布设置的圆点，定义这些圆点均为缝隙内第一段缝隙(6)的自由端端点；

2)选取第一圆点，将铣刀移动至圆点处，通过铣刀，沿向上的方向加工第一段缝隙(6)；

3)在步骤2中的第一段缝隙(6)终点处，将铣刀向右移动，加工垂直于第一段缝隙(6)的第二段缝隙(7)；

4)在步骤3中的第二段缝隙(7)的终点处，铣刀向下移动，加工出第三段缝隙(8)；

5)在步骤4中的第三段缝隙(8)终点处，铣刀继续移动，加工出第四段缝隙；依次类推，继续加工出后续的；

6)选取与第一圆点相邻的圆点作为第二圆点，将矩形波导以第二圆点为旋转点，将矩形波导以第二圆点为旋转点，向右旋转一定的角度，旋转角度依据缝隙的数量在360°内等分确定；若缝隙数量为四条，矩形波导向右旋转90°，若缝隙数量为三条，矩形波导向右旋转120°；

7)将铣刀移动至第二圆点处；通过铣刀，沿向上的方向加工第一段缝隙(6)；

8)在步骤7中的第一段缝隙(6)终点处，将铣刀向右移动，加工垂直于第一段缝隙(6)的第二段缝隙(7)；

9)在步骤8中的第二段缝隙(7)的终点处，铣刀向下移动，加工出第三段缝隙(8)；

10)在步骤9中的第三段缝隙(8)终点处，铣刀继续移动，加工出第四段缝隙；依次类推，继续加工出后续的；

11)选取与第二圆点相邻的圆点作为第三圆点，将矩形波导以第二圆点为旋转点，将矩形波导以第二圆点为旋转点，向右旋转一定的角度，旋转角度依据缝隙的数量在360°内等分确定；若缝隙数量为四条，矩形波导向右旋转90°，若缝隙数量为三条，矩形波导向右旋转120°；

12)将铣刀移动至第三圆点处；通过铣刀，沿向上的方向加工第一段缝隙(6)；

13)重复上述步骤8-步骤12，直至加工出所有缝隙。