CN110380212B - 一种宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构 - Google Patents

一种宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构 Download PDF

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Abstract

本申请属于微波技术领域，特别涉及一种宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构。包括：和路矩形波导、过渡矩形波导以及支路矩形波导。和路矩形波导为H面波导，支路矩形波导为E面波导，通过一段过渡矩形波导和一些金属体，来实现从和路到支路的等幅、输出相位相差180°的信号传输。和路矩形波导左右金属体用于和路矩形波导与过渡矩形波导之间的阻抗匹配；和路矩形波导下金属体用于展宽整个馈电结构的工作频带；过渡矩形波导中间金属体用于过渡矩形波导和左右支路矩形波导之间的阻抗匹配，也用于平衡左右支路矩形波导的幅度和相位；过渡矩形波导左右金属体用于过渡矩形波导和支路矩形波导之间的阻抗匹配。

Description

一种宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构
技术领域
本申请属于微波技术领域，特别涉及一种宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构。
背景技术
波导窄边缝隙天线具有结构紧凑，功率容量大，易实现窄波束和低副瓣等特点，广泛应用于导弹、雷达和卫星通信等领域。为了消除波导窄边缝隙天线组阵时产生的交叉极化，通常将相邻辐射波导上对应的缝隙交替反向，且初级馈电结构相邻波导端口馈电相位相差180°。
现有的波导窄边缝隙天线初级馈电结构通常是同相位的一分二功分器加两段相位相差180°的波导或者移相器来实现，功分器剖面是波导E面，剖面较高。相位相差180°的波导工作带宽窄，当工作频点偏离谐振频点，带宽进一步增加至10％时，幅度不平衡度达到0.5dB，相位不平衡度达到25°，性能显著恶化，严重制约了波导窄边缝隙天线的带宽。而使用移相器来实现相位相差180°，则需要在各个工作频点将相邻移相器的相位配至相差180°，且其具有外形尺寸大，重量重，成本高，调试装配难度大等缺点。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，包括：
和路矩形波导，所述和路矩形波导具有第一长度方向、第一宽度方向以及第一高度方向，所述和路矩形波导的内部设置有和路矩形波导左金属体、和路矩形波导右金属体以及和路矩形波导下金属体，其中，所述和路矩形波导下金属体设置在所述和路矩形波导的一侧，且贯穿所述和路矩形波导的第一宽度方向，所述和路矩形波导左金属体、所述和路矩形波导右金属体均设置在所述和路矩形波导下金属体的上方，且分别沿所述和路矩形波导的第一宽度方向的两侧布置；
过渡矩形波导，所述过渡矩形波导具有第二长度方向，第二宽度方向以及第二高度方向，所述过渡矩形波导的内部设置有过渡矩形波导中间金属体、过渡矩形波导左金属体和过渡矩形波导右金属体，其中，所述过渡矩形波导的一侧与所述和路矩形波导设置有所述和路矩形波导下金属体的一侧连接；
支路矩形波导，包括左支路矩形波导和右支路矩形波导，所述左支路矩形波导和所述右支路矩形波导均设置在所述过渡矩形波导的上方，且沿所述过渡矩形波导的第二宽度方向的两侧布置。
可选地，所述和路矩形波导左金属体和所述和路矩形波导下金属体构成的组件，以及所述和路矩形波导右金属体和所述和路矩形波导下金属体构成的组件均贯穿所述和路矩形波导的第一高度方向。
可选地，所述过渡矩形波导中间金属体设置在所述过渡矩形波导的另一侧的中部，且所述过渡矩形波导中间金属体贯穿所述过渡矩形波导的第二高度方向。
可选地，所述过渡矩形波导左金属体和所述过渡矩形波导右金属体分别设置在所述过渡矩形波导的第二宽度方向的两侧，且贯穿所述过渡矩形波导的第二长度方向。
可选地，所述左支路矩形波导和所述右支路矩形波导的长度与所述过渡矩形波导的长度相同。
可选地，所述和路矩形波导左金属体以及所述和路矩形波导右金属体对应所述和路矩形波导的第一长度方向、第一宽度方向以及第一高度方向分别为4mm、2mm和8.16mm。
可选地，所述和路矩形波导下金属体对应所述和路矩形波导的第一长度方向以及第一高度方向分别为6.3mm和2mm。
可选地，所述过渡矩形波导中间金属体对应所述过渡矩形波导的第二长度方向以及第二宽度方向分别为9.3mm和3.3mm。
可选地，所述过渡矩形波导左金属体和所述过渡矩形波导右金属体对应所述过渡矩形波导的第二宽度方向以及第二高度方向均为5.5mm。
可选地，所述和路矩形波导和所述过渡矩形波导一体成型。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，工作频带宽，幅度和相位不平衡度好，外形尺寸小，重量轻。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的波导窄边缝隙天线示意图；
图2是现有技术中的波导窄边缝隙天线初级馈电结构示意图；
图3是本申请一个实施方式的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构示意图；
图4是本申请一个实施方式的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构俯视图；
图5是本申请一个实施方式的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构左视图；
图6是本申请一个实施方式的散射矩阵S11参数示意图；
图7是本申请一个实施方式的散射矩阵参数幅度不平衡度示意图；
图8是本申请一个实施方式的散射矩阵参数相位不平衡度示意图。
其中：
1-和路矩形波导；2-左支路矩形波导；3-右支路矩形波导；4-过渡矩形波导；5-和路矩形波导左金属体；6-和路矩形波导右金属体；7-和路矩形波导下金属体；8-过渡矩形波导中间金属体；9-过渡矩形波导左金属体；10-过渡矩形波导右金属体。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图8对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，包括：和路矩形波导1、过渡矩形波导4以及支路矩形波导。
具体的，和路矩形波导1具有第一长度方向、第一宽度方向以及第一高度方向，和路矩形波导1的内部设置有和路矩形波导左金属体5、和路矩形波导右金属体6以及和路矩形波导下金属体7，其中，和路矩形波导下金属体7设置在和路矩形波导1的一侧，且贯穿和路矩形波导1的第一宽度方向，和路矩形波导左金属体5、和路矩形波导右金属体6均设置在和路矩形波导下金属体7的上方，且分别沿和路矩形波导1的第一宽度方向的两侧布置，和路矩形波导左金属体5和和路矩形波导下金属体7构成的组件，以及和路矩形波导右金属体6和和路矩形波导下金属体7构成的组件均贯穿和路矩形波导1的第一高度方向。
过渡矩形波导4具有第二长度方向，第二宽度方向以及第二高度方向，过渡矩形波导4的内部设置有过渡矩形波导中间金属体8、过渡矩形波导左金属体9和过渡矩形波导右金属体10，其中，过渡矩形波导4的一侧与和路矩形波导1设置有和路矩形波导下金属体7的一侧连接；过渡矩形波导4的另一侧的中部设置有过渡矩形波导中间金属体8，且过渡矩形波导中间金属体8贯穿过渡矩形波导4的第二高度方向，过渡矩形波导左金属体9和过渡矩形波导右金属体10分别设置在过渡矩形波导4的第二宽度方向的两侧，且贯穿过渡矩形波导4的第二长度方向。
支路矩形波导包括左支路矩形波导2和右支路矩形波导3，左支路矩形波导2和右支路矩形波导3均设置在过渡矩形波导4的上方，且沿过渡矩形波导4的第二宽度方向的两侧布置，左支路矩形波导2和右支路矩形波导3的长度与过渡矩形波导4的长度相同。
本申请的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，通过和路矩形波导1、左支路矩形波导2、右支路矩形波导3以及过渡矩形波导4，构成三端口的波导功分网络，完成微波信号从和路波导到支路波导的功率分配。
在本申请的一个实施方式中，和路矩形波导左金属体5、和路矩形波导右金属体6的一侧面与过渡矩形波导4共面，其对应和路矩形波导1的第一长度方向、第一宽度方向以及第一高度方向分别为4mm、2mm和8.16mm。和路矩形波导左金属体5、和路矩形波导右金属体6用于和路矩形波导1与过渡矩形波导4之间的阻抗匹配。
在本申请的一个实施方式中，和路矩形波导下金属体7对应和路矩形波导1的第一长度方向以及第一高度方向分别为6.3mm和2mm。和路矩形波导下金属体7用于展宽整个馈电结构的工作频带。
在本申请的一个实施方式中，过渡矩形波导中间金属体8对应过渡矩形波导4的第二长度方向以及第二宽度方向分别为9.3mm和3.3mm。过渡矩形波导中间金属体8用于过渡矩形波导4和左支路矩形波导2、右支路矩形波导3之间的阻抗匹配，也用于平衡左支路矩形波导2、右支路矩形波导3的幅度和相位。
在本申请的一个实施方式中，过渡矩形波导左金属体9和过渡矩形波导右金属体10的长度与过渡矩形波导4的第二长度方向的长度相等，其对应过渡矩形波导4的第二宽度方向以及第二高度方向均为5.5mm。过渡矩形波导左金属体9和过渡矩形波导右金属体10用于过渡矩形波导4和左支路矩形波导2、右支路矩形波导3之间的阻抗匹配。
有利的是，本申请中和路矩形波导1和过渡矩形波导4可以一体成型。
本申请的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，和路矩形波导1为H面波导，支路矩形波导为E面波导，通过一段过渡矩形波导4和一些金属体，来实现从和路到支路的等幅、输出相位相差180°的信号传输。整个馈电结构左右对称，因此在工作带宽内，相位不平衡度和幅度不平衡度都很好。和路矩形波导左右金属体用于和路矩形波导1与过渡矩形波导4之间的阻抗匹配；和路矩形波导下金属体7用于展宽整个馈电结构的工作频带；过渡矩形波导中间金属体8用于过渡矩形波导和左右支路矩形波导之间的阻抗匹配，也用于平衡左右支路矩形波导的幅度和相位；过渡矩形波导左右金属体用于过渡矩形波导和支路矩形波导之间的阻抗匹配。
在本申请的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，工作带宽达20％以上，S11小于-20dB，幅度不平衡度在0.1dB以内，相位不平衡度在0.2°以内，结构简单，外形尺寸小，重量轻，便于加工，成本低，可用于波导窄边缝隙天线初级馈电，也可以应用在其他输出相位相差180°的波导馈电，具有重要的应用价值，可广泛应用于通信和雷达的天线馈线网络等领域。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，其特征在于，包括：
和路矩形波导(1)，所述和路矩形波导(1)具有第一长度方向、第一宽度方向以及第一高度方向，所述和路矩形波导(1)的内部设置有和路矩形波导左金属体(5)、和路矩形波导右金属体(6)以及和路矩形波导下金属体(7)，其中，所述和路矩形波导下金属体(7)设置在所述和路矩形波导(1)的一侧，且贯穿所述和路矩形波导(1)的第一宽度方向，所述和路矩形波导左金属体(5)、所述和路矩形波导右金属体(6)均设置在所述和路矩形波导下金属体(7)的上方，且分别沿所述和路矩形波导(1)的第一宽度方向的两侧布置；所述和路矩形波导左金属体(5)和所述和路矩形波导下金属体(7)构成的组件，以及所述和路矩形波导右金属体(6)和所述和路矩形波导下金属体(7)构成的组件均贯穿所述和路矩形波导(1)的第一高度方向；
过渡矩形波导(4)，所述过渡矩形波导(4)具有第二长度方向，第二宽度方向以及第二高度方向，所述过渡矩形波导(4)的内部设置有过渡矩形波导中间金属体(8)、过渡矩形波导左金属体(9)和过渡矩形波导右金属体(10)，其中，所述过渡矩形波导(4)的一侧与所述和路矩形波导(1)设置有所述和路矩形波导下金属体(7)的一侧连接；所述过渡矩形波导中间金属体(8)设置在所述过渡矩形波导(4)的另一侧的中部，且所述过渡矩形波导中间金属体(8)贯穿所述过渡矩形波导(4)的第二高度方向；所述过渡矩形波导左金属体(9)和所述过渡矩形波导右金属体(10)分别设置在所述过渡矩形波导(4)的第二宽度方向的两侧，且贯穿所述过渡矩形波导(4)的第二长度方向；
支路矩形波导，包括左支路矩形波导(2)和右支路矩形波导(3)，所述左支路矩形波导(2)和所述右支路矩形波导(3)均设置在所述过渡矩形波导(4)的上方，且沿所述过渡矩形波导(4)的第二宽度方向的两侧布置。
2.根据权利要求1所述的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，其特征在于，所述左支路矩形波导(2)和所述右支路矩形波导(3)的长度与所述过渡矩形波导(4)的长度相同。
3.根据权利要求2所述的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，其特征在于，所述和路矩形波导左金属体(5)以及所述和路矩形波导右金属体(6)对应所述和路矩形波导(1)的第一长度方向、第一宽度方向以及第一高度方向分别为4mm、2mm和8.16mm。
4.根据权利要求2所述的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，其特征在于，所述和路矩形波导下金属体(7)对应所述和路矩形波导(1)的第一长度方向以及第一高度方向分别为6.3mm和2mm。
5.根据权利要求2所述的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，其特征在于，所述过渡矩形波导中间金属体(8)对应所述过渡矩形波导(4)的第二长度方向以及第二宽度方向分别为9.3mm和3.3mm。
6.根据权利要求2所述的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，其特征在于，所述过渡矩形波导左金属体(9)和所述过渡矩形波导右金属体(10)对应所述过渡矩形波导(4)的第二宽度方向以及第二高度方向均为5.5mm。
7.根据权利要求2所述的宽带小型化波导窄边缝隙天线初级馈电结构，其特征在于，所述和路矩形波导(1)和所述过渡矩形波导(4)一体成型。
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