CN111799547B - 一种圆极化波导缝隙天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及圆极化天线领域，具体是涉及一种圆极化波导缝隙天线。包括波导缝隙天线，与波导缝隙天线相连接的极化转换部，底部与极化转换部相连接的相位差部；波导缝隙天线上设置有与波导缝隙天线的腔体相连通的缝隙，极化转换部的内部设置有与缝隙相连通的导孔，相位差部为顶口宽而底口窄的喇叭状，缝隙、导孔以及喇叭状的相位差部相连通。极化转换部与相位差部相互配合，用于通过线极化的波导缝隙天线实现圆极化天线。本发明将波导缝隙天线圆极化，可以兼具波导缝隙天线与圆极化天线的性能，即本发明的圆极化波导缝隙天线，既有波导缝隙天线的性能，又能够提高波导缝隙天线在降雨、云雾等恶劣天气中的抗干扰能力。

Description

一种圆极化波导缝隙天线

技术领域

本发明涉及圆极化天线领域，具体是涉及一种圆极化波导缝隙天线。

背景技术

波导缝隙天线具有容易实现高增益、低副瓣、结构可靠、损耗低等优点，被广泛应用于低空搜索雷达、相控阵体制雷达。但是波导缝隙天线对降雨、云雾等恶劣天气的抗干扰能力低，导致波导缝隙天线不适用于恶劣天气。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种圆极化波导缝隙天线，能够提高波导缝隙天线在恶劣天气中的抗干扰能力。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种圆极化波导缝隙天线，包括波导缝隙天线，与波导缝隙天线相连接的极化转换部，底部与极化转换部相连接的相位差部；所述波导缝隙天线上设置有与波导缝隙天线的腔体相连通的缝隙，所述极化转换部的内部设置有与缝隙相连通的导孔，所述相位差部为顶口宽而底口窄的喇叭状，所述缝隙、导孔以及喇叭状的相位差部相连通；

所述极化转换部与相位差部相互配合，用于通过线极化的波导缝隙天线实现圆极化天线。

进一步，所述波导缝隙天线包括内部设置有腔体的天线主体，分别位于天线主体两端开口处的波导转换器和匹配负载；

所述天线主体为矩形状，所述缝隙沿天线主体长度方向设置且位于天线主体靠近极化转换部的窄边上。

进一步，所述极化转换部包括第一极化转换段、第二极化转换段和第三极化转换段，所述第一极化转换段与相位差部相连接，所述第三极化转换段与天线主体相连接，所述第二极化转换段位于第一极化转换段和第三极化转换段之间；

所述第一极化转换段的内部设置有第一通孔，所述第二极化转换段的内部设置有第二通孔，所述第三极化转换段的内部设置有第三通孔，所述极化转换部的导孔由第一通孔、第二通孔、第三通孔构成，所述第一通孔、第二通孔、第三通孔、缝隙、相位差部相连通；

所述第一通孔的中心点、第二通孔的中心点以及第三通孔的中心点均位于同一条竖直线上；

所述第三通孔的横截面的沿长度方向的中心线与第二通孔的横截面沿长度方向的中心线之间的夹角为α，所述第二通孔的横截面沿长度方向的中心线与第一通孔的横截面沿长度方向的中心线之间的夹角为β，α与β之和为45°。

进一步优选的，α取值22.5°，β取值22.5°。

进一步优选的，所述第一通孔、第二通孔和第三通孔在缝隙所在的水平面上的投影的非叠加区域均为封堵状。

进一步，所述第三极化转换段上开设有凹槽，所述第三通孔与凹槽相连通，所述缝隙位于凹槽内。

更进一步，所述缝隙在第三极化转换段上的投影位于第三极化转换段上的第三通孔内。

进一步，所述缝隙的长度方向与天线主体的长度方向构成构成非直角的斜向交叉，且相邻缝隙的倾斜方向相反。

进一步优选的，所述相位差部包括沿天线主体长度方向设置的两块翼板和设置在翼板两端的侧板，所述翼板和侧板构成顶口宽而底口窄的喇叭状；

两块所述翼板的底部位于第一极化转换段上的第一通孔的外侧，且固定在第一极化转换段上。

本发明的有益效果如下：

(1)波导缝隙天线具有容易实现高增益、低副瓣、结构可靠、损耗低等优点，被广泛应用于低空搜索雷达、相控阵体制雷达等，而圆极化天线可以提高天线在降雨、云雾等恶劣天气中的抗干扰能力。因此本发明将波导缝隙天线圆极化，可以兼具波导缝隙天线与圆极化天线的性能，即本发明的圆极化波导缝隙天线，既有波导缝隙天线的性能，又能够提高波导缝隙天线在降雨、云雾等恶劣天气中的抗干扰能力。

(2)第三通孔的横截面的沿长度方向的中心线与第二通孔的横截面沿长度方向的中心线之间设置有夹角，第二通孔的横截面沿长度方向的中心线与第一通孔的横截面沿长度方向的中心线之间也设置有夹角，两个夹角之和为45°，以此使得波导缝隙天线实现45°极化，45°极化是由等幅同相的水平极化和垂直极化组成，而等幅同相的水平极化和垂直极化是圆极化的必要条件，因此本发明能够实现圆极化天线的性能。

本发明中，上述两个夹角均为22.5°，能够更进一步提高波导缝隙天线的圆极化的性能。

(3)本发明的第三极化转换段上设置有凹槽，使得本发明的第三极化转换段呈倒“凹”形，倒“凹”形的第三极化转换段位于波导缝隙天线的外侧，且覆盖波导缝隙天线上的缝隙，能够降低信号的损失。

(4)第三极化转换段为整个极化转换部的接收端，在第三极化转换段朝向波导缝隙天线的端面开设凹槽，使得第三极化转换段呈现倒“凹”形的结构保证了与波导缝隙天线上的缝隙的完全紧密接触，为缝隙耦合能量的传输提供了必要条件。

(5)第一通孔、第二通孔和第三通孔在缝隙所在的水平面上的投影的非叠加区域均为封堵状，能够更进一步降低信号的损失。

附图说明

图1为本发明的圆极化波导缝隙天线的整体结构图；

图2为本发明的极化转换部的结构图；

图3为本发明的图1的主视图；

图4为本发明的图2的俯视图；

图5为本发明的波导缝隙天线的结构图；

图6为本发明的天线的各个频点最大辐射方向轴比图；

图7为本发明的天线的各个频点方位向圆极化辐射方向图；

图8为本发明的天线的各个频点的驻波图；

图9为本发明的天线的传输系数图。

图中标注符号的含义如下：

1-波导缝隙天线 11-天线主体 12-缝隙 13-波导转换器 14-匹配负载

2-极化转换部 21-第一极化转换段 22-第二极化转换段

23-第三极化转换段 24-凹槽 25-第一通孔 26-第二通孔 27-第三通孔

3-相位差部 31-翼板 32-侧板

具体实施方式

以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

一种圆极化波导缝隙天线，如图1所示，包括波导缝隙天线1，与波导缝隙天线1相连接的极化转换部2，底部与极化转换部2相连接的相位差部3；波导缝隙天线1上设置有与波导缝隙天线1的腔体相连通的缝隙12，极化转换部2的内部设置有与缝隙12相连通的导孔，相位差部3为顶口宽而底口窄的喇叭状，缝隙12、导孔以及喇叭状的相位差部3相连通。

如图5所示，波导缝隙天线1包括内部设置有腔体的天线主体11，分别位于天线主体11两端开口处的波导转换器13和匹配负载14。如图5所示，天线主体11为矩形状，天线主体11的窄边和宽边如图5所示，缝隙12位于矩形的天线主体11的窄边上。缝隙12的长度方向与天线主体11的长度方向构成构成非直角的斜向交叉，且相邻缝隙12的倾斜方向相反。

如图2所示，极化转换部2包括第一极化转换段21、第二极化转换段22和第三极化转换段23。第三极化转换段23朝向波导缝隙天线1的端面上设置有凹槽24，凹槽24关于波导缝隙天线1对称设置。第三极化转换段23的凹槽24的上槽壁固定在天线主体11上，第二极化转换段22固定在第三极化转换段23的上端面，第一极化转换段21固定在第二极化转换段22的上端面。

如图3所示，第一极化转换段21的内部设置有第一通孔25，第二极化转换段22的内部设置有第二通孔26，第三极化转换段23的内部设置有第三通孔27，极化转换部2的导孔由第一通孔25、第二通孔26、第三通孔27构成。第一通孔25、第二通孔26、第三通孔27以及缝隙12彼此连通，缝隙12在第三极化转换段23上的投影位于第三通孔27内。

第一通孔25的中心点、第二通孔26的中心点以及第三通孔27的中心点均位于同一条竖直线上。

如图4所示，第三通孔27的横截面沿长度方向的中心线AB与第二通孔26的横截面沿长度方向的中心线CD之间的夹角为α，第二通孔26的横截面沿长度方向的中心线CD与第一通孔25的横截面沿长度方向的中心线EF之间的夹角为β，α与β之和为450。本实施例中，α取值22.50，β取值22.50。

第一通孔25、第二通孔26和第三通孔27在缝隙12所在的水平面上的投影的非叠加区域均为封堵状(三个通孔的非叠加区域不相通)。即第二极化转换段22的下端面覆盖第三极化转换段23上的第三通孔27的上孔端，第一极化转换段21的下端面覆盖第二极化转换段22上的第二通孔26的上孔端。第一极化转换段21上的第一通孔25的上孔端位于相位差部3的内侧。

如图1和图3所示，相位差部3包括沿天线主体11长度方向设置的两块翼板31和设置在翼板31两端的侧板32，翼板31和侧板32构成顶口宽而底口窄的喇叭状。两块翼板31的底部位于第一极化转换段21上的第一通孔25的外侧，且固定在第一极化转换段21上。

当射频信号由波导转换器13接入，在匹配负载14的作用下，射频信号输入到波导缝隙天线1中，波导缝隙天线1上的221个缝隙12对输入的射频信号进行耦合，耦合之后的射频信号依次通过第三极化转换段23上的第三通孔27、第二极化转换段22上的第二通孔26、第一极化转换段21上的第一通孔25，由于三个极化转换段构成45°，因此，第一通孔25输出45°极化射频信号。45°极化可以看做是由等幅同相的水平极化和垂直极化组成，等幅同相的水平极化和垂直极化遇到了开口喇叭状的相位差部3，然后信号接着往相位差部3的上部进行传输，由波导传输条件可知，水平极化和垂直极化在相位差部3的导波长不同，选择合适的相位差部3的高度和宽度尺寸，就可以在信号到达相位差部3的口径表面时形成了相位相差90度的等幅的水平极化信号和垂直极化信号，从而实现了圆极化。

相位差部3的口径Tw是由俯仰面波束宽度决定的，每种特定的俯仰面波束宽度决定了口径Tw的值，如图3所示，对于某个特定值Tw，通过调整Th，可以实现相位差部3的口面上水平极化波与垂直极化波90°的相差，从而实现了圆极化。Tw值越大，对应的Th越小，相反的，Tw值较小时，Th值也就越大。

本实施例的波导缝隙天线1的工作频段为9.0GHz～9.6GHz，缝隙12的尺寸为22.86×10.16mm，相邻的缝隙12之间的间距为25mm，总共有221个缝隙，按照-29dB进行泰勒加权仿真。

如图6所示，本实施例的波导缝隙天线在9.0GHz～9.6GHz的工作频带内的轴比均小于3dB，圆极化工作性能优良。

如图7所示，本实施例的波导缝隙天线在9.0GHz～9.6GHz的工作频带内各个频点的圆极化增益起伏低于2.5dB、副瓣低于-23dB，圆极化工作性能优良。

如图8所示，本实施例的圆极化波导缝隙天线在频带内的驻波均低于2，圆极化工作性能优良。

如图9所示，本实施例的圆极化波导缝隙天线在9.0GHz～9.6GHz的工作频带内S21均低于-10dB，圆极化工作性能优良。

Claims (7)

1.一种圆极化波导缝隙天线，其特征在于：包括波导缝隙天线(1)，与波导缝隙天线(1)相连接的极化转换部(2)，底部与极化转换部(2)相连接的相位差部(3)；所述波导缝隙天线(1)上设置有与波导缝隙天线(1)的腔体相连通的缝隙(12)，所述极化转换部(2)的内部设置有与缝隙(12)相连通的导孔，所述相位差部(3)为顶口宽而底口窄的喇叭状，所述缝隙(12)、导孔以及喇叭状的相位差部(3)相连通；

所述极化转换部(2)与相位差部(3)相互配合，用于通过线极化的波导缝隙天线(1)实现圆极化天线；

所述波导缝隙天线(1)包括内部设置有腔体的天线主体(11)，分别位于天线主体(11)两端开口处的波导转换器(13)和匹配负载(14)；

所述天线主体(11)为矩形状，所述缝隙(12)沿天线主体(11)长度方向设置且位于天线主体(11)靠近极化转换部(2)的窄边上；

所述极化转换部(2)包括第一极化转换段(21)、第二极化转换段(22)和第三极化转换段(23)，所述第一极化转换段(21)与相位差部(3)相连接，所述第三极化转换段(23)与天线主体(11)相连接，所述第二极化转换段(22)位于第一极化转换段(21)和第三极化转换段(23)之间；

所述第一极化转换段(21)的内部设置有第一通孔(25)，所述第二极化转换段(22)的内部设置有第二通孔(26)，所述第三极化转换段(23)的内部设置有第三通孔(27)，所述极化转换部(2)的导孔由第一通孔(25)、第二通孔(26)、第三通孔(27)构成，所述第一通孔(25)、第二通孔(26)、第三通孔(27)、缝隙(12)、相位差部(3)相连通；

所述第一通孔(25)的中心点、第二通孔(26)的中心点以及第三通孔(27)的中心点均位于同一条竖直线上；

所述第三通孔(27)的横截面的沿长度方向的中心线与第二通孔(26)的横截面沿长度方向的中心线之间的夹角为α，所述第二通孔(26)的横截面沿长度方向的中心线与第一通孔(25)的横截面沿长度方向的中心线之间的夹角为β，α与β之和为45°。

2.如权利要求1所述的圆极化波导缝隙天线，其特征在于：α取值22.5°，β取值22.5°。

3.如权利要求1或2所述的圆极化波导缝隙天线，其特征在于：所述第一通孔(25)、第二通孔(26)和第三通孔(27)在缝隙(12)所在的水平面上的投影的非叠加区域均为封堵状。

4.如权利要求1或2所述的圆极化波导缝隙天线，其特征在于：所述第三极化转换段(23)上开设有凹槽(24)，所述第三通孔(27)与凹槽(24)相连通，所述缝隙(12)位于凹槽(24)内。

5.如权利要求4所述的圆极化波导缝隙天线，其特征在于：所述缝隙(12)在第三极化转换段(23)上的投影位于第三极化转换段(23)上的第三通孔(27)内。

6.如权利要求1所述的圆极化波导缝隙天线，其特征在于：所述缝隙(12)的长度方向与天线主体(11)的长度方向构成构成非直角的斜向交叉，且相邻缝隙(12)的倾斜方向相反。

7.如权利要求1所述的圆极化波导缝隙天线，其特征在于：所述相位差部(3)包括沿天线主体(11)长度方向设置的两块翼板(31)和设置在翼板(31)两端的侧板(32)，所述翼板(31)和侧板(32)构成顶口宽而底口窄的喇叭状；

两块所述翼板(31)的底部位于第一极化转换段(21)上的第一通孔(25)的外侧，且固定在第一极化转换段(21)上。

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