CN110707440A - 一种x波段宽频扫角行波阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种X波段宽频扫角行波阵列天线，通过在波导窄壁上开斜缝的方法实现电磁波信号的辐射，结合扼流槽、波导法兰、波导安装槽构成X波段宽频扫角行波阵列天线，实现宽频扫角、低副瓣、高增益阵列天线系统。

Description

一种X波段宽频扫角行波阵列天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，涉及一种X波段宽频扫角行波阵列天线，主要应用于波导阵列相频扫天线系统，也可适用于要求宽频扫角的天线系统。
背景技术
行波天线也称为频扫天线，电磁波在传输线中是以行波形式传输，信号在传输过程中通过辐射单元将射频信号向空间辐射。波束扫描是通过更改雷达信号频率来实现天线单元间“阵内相位”的改变使波束指向发生变化，由于波束扫描和射频信号频率相关，因此将这类天线称为频率扫描天线，简称为频扫天线，也属于电气扫描方式的一种。频扫天线由于其实现方便、成本低、波束转换速度快，至今作为雷达天线系统大量使用。
频扫天线通过改变雷达工作频率实现波束扫描，因此天线频扫范围由天线工作频带决定，一般信号工作频带确定后频扫范围也就确定了。雷达不论工作在搜索状态还是跟踪状态下，都需要实现对一定范围空间空域的扫描，对于雷达性能要求能够扫描的空域越大越好。雷达工作时，俯仰扫描角度范围比方位扫描角度范围小，频扫天线一般用来实现雷达对俯仰维的扫描使用。
对于工作在X波段的波导频扫天线系统，通过设计加工，通常可以在9％的相对频带宽度内实现7°的频扫范围。对于现代雷达系统，为了提高雷达整体性能，要求空域扫描范围越大越好，因此需要设计人员通过优化设计实现更大的频扫角度范围。本发明给出了一种X波段宽频扫角行波阵列天线，可以实现工作在X波段9％的相对频带宽度内实现14°的频扫范围，大大提高了雷达俯仰空域扫描范围。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种工作在X波段的宽频扫角行波阵列天线，可以作为相频扫天线系统使用，实现雷达系统俯仰大电扫描角度范围要求，解决了传统频扫天线设计中频扫角度范围较小的问题，使之不仅具有频扫天线的扫描速度快的特点，同时具有大频扫描角度范围的优点，提高雷达工作性能，可以在工程实践中被大量推广应用。
技术方案
一种X波段宽频扫角行波阵列天线，其特征在于包括辐射波导、辐射缝隙、扼流槽、波导法兰和负载，辐射波导按等间距沿垂直于波导宽边方向排布，辐射波导的一端连接波导法兰，波导法兰与馈电功分器连接，另一端的腔体内安装负载，负载吸收剩余电磁波能量；辐射缝隙加工在辐射波导的窄边，所述的辐射缝隙为倾斜缝，相邻辐射缝隙的倾角方向相反，相邻辐射波导的相对的辐射缝隙的倾角也是相反的，在相邻辐射波导之间安装扼流槽，扼流槽上表面距离辐射波导上表面为1/4空间波长。
所述的辐射波导为BJ120标准铝波导，波导内腔尺寸为宽边19.05mm，窄边9.52mm，波导壁厚为1mm。
所述的负载为铁氧体材料。
所述的扼流槽为铝型材料。
有益效果
本发明提出的一种X波段宽频扫角行波阵列天线，有益效果如下：
1、频率扫描电扫描方式实现对空域的波束扫描，实现方便、成本低、波束转换速度快。
2、采用BJ120标准波导作为X波段宽频扫角行波阵列天线的辐射波导，可以在相同的频带宽度范围内，实现更宽的频扫角，测试结果表明可以实现展宽接近一倍的频扫范围。
3、在相邻辐射波导之间安装扼流槽，减少相邻辐射波导之间的耦合，提高线阵之间的隔离度，实现频扫线阵低副瓣。
附图说明
图1表示本发明实施例的X波段宽频扫角行波阵列天线的外形示意图
图2表示本发明实施例的正视图
图3表示本发明实施例馈电端的局部示意图
图4表示本发明实施例负载端的局部示意图
图5表示本发明实施例的实测低频的方向图
图6表示本发明实施例的实测中频的方向图
图7表示本发明实施例的实测高频的方向图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
采用标准波导作为频扫天线传输线使用，通过在波导窄壁上开斜缝的方法实现电磁波信号的辐射，结合扼流槽、波导法兰、波导安装槽构成X波段宽频扫角行波阵列天线，实现宽频扫角、低副瓣、高增益阵列天线系统。X波段宽频扫角行波阵列天线的组成结构包括：辐射波导、辐射缝隙、扼流槽、波导法兰、负载。所述的辐射缝隙加工在辐射波导的窄边，电磁波信号通过缝隙向外辐射，通过优化设计辐射缝隙倾角实现要求的幅度分布和低副瓣。
本发明的辐射波导采用BJ120标准铝波导，波导内腔尺寸为宽边19.05mm，窄边9.52mm，波导壁厚为1mm。辐射波导实现微波信号的传输，在波导两端加工波导法兰，一端与发射/接收机连接，称为馈电端，另一端连接负载实现匹配，称为负载端。辐射波导间距一般根据相扫范围要求确定，原则是在相扫范围内不能出现栅瓣。
本发明的辐射缝隙加工在辐射波导的窄边，缝隙宽度为3mm。辐射缝隙为倾斜缝，通过机械加工切入辐射波导的宽边，切深保证将辐射波导窄边切透，缝隙倾角和切深根据副度分布和缝隙匹配要求通过优化设计得到。为了实现主极化和抑制交叉极化，每根辐射波导上相邻辐射缝隙倾角方向相反，相邻辐射波导的相对的辐射缝隙的倾角也是相反的。相邻辐射缝隙间距根据工作频率和匹配要求确定，一般大于最低工作频率导内波长的1/2或小于最高工作频率导内波长的1/2，因此频扫天线频扫角度范围位于阵面法线的左边或右边。本发明选择辐射缝隙间距为小于最高工作频率导内波长的1/2，单元间距取为26.0mm，为了保证雷达扫描空域位于上空域，因此将辐射波导倒置，馈电端在上，负载端在下。
本发明的扼流槽安装于两条辐射波导之间，用于对电磁波的扼流作用，减小相邻辐射波导之间的耦合，实现频扫线阵更低的副瓣，扼流槽上表面距离辐射波导上表面为1/4空间波长。
本发明的波导法兰为BJ120波导两孔法兰，孔间距由设计决定，波导法兰用于与波导功分器连接实现电磁波的传输。
本发明的负载用于吸收电磁波在行波天线传输过程中经过辐射缝隙辐射后剩余的能量，实现行波天线的匹配。负载为铁氧体材料，放置于辐射波导未端，采用螺钉加胶方式固定。
如图1和图2所示，本发明的X波段宽频扫角行波阵列天线的结构包括：辐射波导1、辐射缝隙2、扼流槽3、波导法兰4及负载5。
图1中，在辐射波导1的馈电端加工有波导法兰4，辐射波导的另一端为负载端，负载5安装在辐射波导1的腔体中。波导法兰4与馈电功分器连接，负载5吸收剩余电磁波能量。
如图2所示为X波段宽频扫角行波阵列天线的正视图，辐射波导1按等间距沿垂直于波导宽边方向排布，辐射缝隙2加工在辐射波导1的窄边，在相邻辐射波导1之间安装扼流槽3。
如图3所示为X波段宽频扫角行波阵列天线馈电端的局部示意图，在辐射波导1的馈电端加工的波导法兰4为两孔法兰，用于与馈电功分器连接，两个螺钉孔的间距由设计确定。辐射缝隙2为波导窄边斜缝，缝隙的倾角和切深都不同，由设计人员根据馈电幅度分布通过优化设计。
如图4所示为X波段宽频扫角行波阵列天线负载端的局部示意图，通过切开辐射波导1负载端的窄边波导壁，可以看见安装在波导腔体中的负载5，在每个辐射波导末端都安装同样外形结构的负载5，保证每根频扫天线都实现匹配，负载5的安装方式采用螺钉加胶方式。
本发明的实施例在X波段实现以上介绍的X波段宽频扫角行波阵列天线，辐射波导腔体尺寸为BJ120标准铝波导，辐射缝隙宽度为3mm，缝隙的倾角和切深按照Taylor分布副瓣电平-32dB设计，其低频、中频、高频频扫方向图测试结果如图5、图6和图7所示。
从测试结果可以看出，X波段宽频扫角行波阵列天线在低频、中频、高频三个频点频扫角分别为16.25°、8.1°、2.18°，频扫角度范围为14.07°，副瓣电平最高为-25.42dB，频扫范围和副瓣电平满足设计要求，实现了宽频扫角扫描和低副瓣。

Claims (4)

1.一种X波段宽频扫角行波阵列天线，其特征在于包括辐射波导(1)、辐射缝隙(2)、扼流槽(3)、波导法兰(4)和负载(5)，辐射波导(1)按等间距沿垂直于波导宽边方向排布，辐射波导(1)的一端连接波导法兰(4)，波导法兰(4)与馈电功分器连接，另一端的腔体内安装负载(5)，负载(5)吸收剩余电磁波能量；辐射缝隙(2)加工在辐射波导(1)的窄边，所述的辐射缝隙(2)为倾斜缝，相邻辐射缝隙(2)的倾角方向相反，相邻辐射波导的相对的辐射缝隙(2)的倾角也是相反的，在相邻辐射波导(1)之间安装扼流槽(3)，扼流槽(3)上表面距离辐射波导上表面为1/4空间波长。
2.根据权利要求1所述的一种X波段宽频扫角行波阵列天线，其特征在于所述的辐射波导(1)为BJ120标准铝波导，波导内腔尺寸为宽边19.05mm，窄边9.52mm，波导壁厚为1mm。
3.根据权利要求1所述的一种X波段宽频扫角行波阵列天线，其特征在于所述的负载(5)为铁氧体材料。
4.根据权利要求1所述的一种X波段宽频扫角行波阵列天线，其特征在于所述的扼流槽(3)为铝型材料。
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