CN112688082B - 基于波导缝隙天线的波束聚束阵列结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波导缝隙天线的波束聚束阵列结构，属于天线领域，包括无上宽面弯曲波导网络、缝隙阵列曲面；无上宽面波导网络包括无波导上宽面输入矩形波导、无波导上宽面功分馈电网络、无上宽面矩形波导网络和波导短路板；缝隙阵列曲面包括缝隙单元等，本发明可以有效地在天线辐射的H‑面或E‑面形成波束聚焦的效果，其聚焦点位于缝隙阵列曲面的圆心位置，在较近的距离内达到了能量聚集及聚束的效果，满足了微波加热领域天线在较近的距离内时的使用需求。

Description

基于波导缝隙天线的波束聚束阵列结构

技术领域

本发明涉及波导缝隙天线领域，更为具体的，涉及一种基于波导缝隙天线的波束聚束阵列结构。

背景技术

波导缝隙天线是通过在波导壁上开缝，以切割壁面电流的方式来辐射电磁波为主要工作原理，它是由波导端口或缝隙谐振的方式进行馈电。波导缝隙天线具有结构紧凑，功率容量大，辐射效率高，重量体积适中，易实现较高的增益等优点，在现代电子工业中占据着重要的位置，其被广泛地用于国防工业的各个邻域，如：地面雷达站、机载舰载雷达、导航等。

近年来，大功率微波作为辐射源被广泛地应用于材料的热处理、等离子体加热等领域。对于上述领域，其主要原理既是利用大功率微波携带的能量以用于加热受辐照物质。在这些微波加热领域，利用辐射器(天线)发射的电磁波往往需要具有聚束能力以提高整体的加热效果。

在利用天线辐射电磁波时，通常利用其在远场区域形成的类高斯束来达到能量聚集的效果。为了提高天线辐射功率及其方向性，辐射天线往往需要采用阵列的形式。对于阵列天线来说，其阵列中的单元越多辐射功率越大。但是，根据其辐射远场距离r、波长λ和口径D的关系式r＝2D²/λ可知，其远场辐射距离r随着口径变大而增大。对于某些微波加热领域中，需求天线在较近的距离内(小于最低远场距离r)达到能量聚集及聚束的效果，如此，需求天线在小于最低远场距离内也可以达到波束聚束的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于波导缝隙天线的波束聚束阵列结构，实现了波导缝隙天线在H面的波束聚焦效果，其聚焦点位于缝隙阵列曲面的圆心位置，在较近的距离内达到了能量聚集及聚束的效果，满足了微波加热领域天线在较近的距离内时的使用需求。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

基于波导缝隙天线的波束聚束阵列结构，包括无上宽面弯曲波导网络、缝隙阵列曲面；无上宽面波导网络包括无波导上宽面输入矩形波导、无波导上宽面功分馈电网络、无上宽面矩形波导网络和波导短路板；缝隙阵列曲面包括缝隙单元。

进一步地，缝隙阵列曲面包括驻波阵或行波阵中的一种，缝隙阵列曲面的缝隙单元辐射的电磁波传播方向垂直于缝隙表面或与缝隙表面的切线具有夹角。

进一步地，当缝隙阵列曲面为行波阵列时，波导短路板为匹配负载。

进一步地，所述无上宽面矩形波导网络由N个矩形波导并列组成，N≥1。

进一步地，所述无波导上宽面功分馈电网络为一个输入端口，N+P个输出端口，其中N为功率输出端口，N与无上宽面矩形波导网络匹配，P为匹配端口，P≥0。

进一步地，所述缝隙阵列曲面，其为抛物线型的沿波导内电磁波传播方向的可展曲面，其平均曲率H>0，高斯曲率K＝0，其中平均曲率H根据聚束点的位置不同而改变。

进一步地，所述无上宽面弯曲波导网络的弯曲方式和缝隙阵列曲面一致。

进一步地，缝隙单元的辐射电场的方向包括垂直于波导内电磁波传播方向，包括平行于波导内电磁波传播方向，包括与波导内电磁波传播方向成一定夹角α，0°<α<90°中任一种。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过对结构的改进设计，可以实现有效地在天线辐射的H-面或E-面形成波束聚焦的效果，其聚焦点位于缝隙阵列曲面的圆心位置，在较近的距离内达到了能量聚集及聚束的效果，满足了微波加热领域天线在较近的距离内时的使用需求等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的无上宽面的弯曲波导网络的三维结构示意图；

图2为缝隙阵列曲面的三维结构示意图；

图3为具体实施方案中的天线端口反射系数；

图4为具体实施方案中的天线的辐射电场在H-面的聚束效果；

图中，1-无上宽面弯曲波导网络，2-无上宽面矩形波导网络，3-波导短路板，4-无波导上宽面功分馈电网络，5-无波导上宽面的输入矩形波导，6-缝隙阵列曲面，7-缝隙单元。

具体实施方式

本说明书中所有实施例公开的所有特征(包括任何附加权利要求、摘要和附图)，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

如图1～4所示，基于波导缝隙天线的波束聚束阵列结构，包括无上宽面弯曲波导网络1、缝隙阵列曲面6；无上宽面波导网络1包括无波导上宽面输入矩形波导5、无波导上宽面功分馈电网络4、无上宽面矩形波导网络2和波导短路板3；缝隙阵列曲面6包括缝隙单元7。

进一步地，缝隙阵列曲面6包括驻波阵或行波阵中的一种，缝隙阵列曲面6的缝隙单元7辐射的电磁波传播方向垂直于缝隙表面或与缝隙表面的切线具有夹角。

进一步地，当缝隙阵列曲面6为行波阵列时，波导短路板3为匹配负载。

进一步地，所述无上宽面矩形波导网络2由N个矩形波导并列组成，N≥1。

进一步地，所述无波导上宽面功分馈电网络4为一个输入端口，N+P个输出端口，其中N为功率输出端口，N与无上宽面矩形波导网络2匹配，P为匹配端口，P≥0。

进一步地，所述缝隙阵列曲面6，其为抛物线型的沿波导内电磁波传播方向的可展曲面，其平均曲率H>0，高斯曲率K＝0，其中平均曲率H根据聚束点的位置不同而改变。

进一步地，所述无上宽面弯曲波导网络1的弯曲方式和缝隙阵列曲面一致。

进一步地，缝隙单元7的辐射电场的方向包括垂直于波导内电磁波传播方向，包括平行于波导内电磁波传播方向，包括与波导内电磁波传播方向成一定夹角α，0°<α<90°中任一种。

在本发明的其他实施例中，该阵列天线主要包括有：缝隙阵列曲面6、无波导上宽面功分馈电网络4、无上宽面矩形波导网络2等；其中，缝隙阵列曲面6为抛物线型的沿纵向(波导内电磁波传播方向)的可展曲面，其平均曲率H>0，高斯曲率K＝0，具体的说，该曲面的曲率半径R＝166mm，其波束的聚束中心点为半径为R的圆心；缝隙阵列沿着纵向(电磁波传播方向)为驻波阵列型，其中的单元缝隙的尺长由天线的工作频率确定，缝隙阵列的横向为均为分布。具体的说，本实施例中的阵列天线中心频率为8.15GHz，缝隙单元7的个数为75个。无波导上宽面功分馈电网络4包括一个输入端口，五个功率输出端口，四个匹配输出端口，通过该功分网络将输入信号的功率均分成五路输出信号。无上宽面矩形波导网络2由五个同尺寸矩形波导构成，其依据缝隙阵列曲面6的弯曲方式而弯曲。如图2和图3所示，该实施例实现了在H面的波束聚焦效果，其聚焦点位于缝隙阵列曲面的圆心位置。

除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，在一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)以及相应的软件中执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器(Random Access Memory，RAM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。

Claims (3)

1.一种基于波导缝隙天线的波束聚束阵列结构，其特征在于，包括无上宽面弯曲波导网络（1）、缝隙阵列曲面（6）；无上宽面弯曲波导网络（1）包括无波导上宽面输入矩形波导（5）、无波导上宽面功分馈电网络（4）、无上宽面矩形波导网络（2）和波导短路板（3）；缝隙阵列曲面（6）包括缝隙单元（7）；

缝隙阵列曲面（6）包括驻波阵或行波阵中的一种，缝隙阵列曲面（6）的缝隙单元（7）辐射的电磁波传播方向垂直于缝隙表面或与缝隙表面的切线具有夹角；

当缝隙阵列曲面（6）为行波阵列时，波导短路板（3）为匹配负载；

所述无波导上宽面功分馈电网络（4）为一个输入端口，N+P个输出端口，其中N为功率输 出端口的个数，N与无上宽面矩形波导网络（2）的个数匹配，P为匹配端口的个数，

，

；

所述缝隙阵列曲面（6），其为抛物线型的沿波导内电磁波传播方向的可展曲面，其平均曲率H>0，高斯曲率K=0，其中平均曲率H根据聚束点的位置不同而改变；

缝隙单元（7）的辐射电场的方向包括垂直于波导内电磁波传播方向，包括平行于波导 内电磁波传播方向，包括与波导内电磁波传播方向成一定夹角

，

中任一种。

2.根据权利要求1所述的一种基于波导缝隙天线的波束聚束阵列结构，其特征在于，所 述无上宽面矩形波导网络（2）由N个矩形波导并列组成，

。

3.根据权利要求1所述的基于波导缝隙天线的波束聚束阵列结构，其特征在于，所述无上宽面弯曲波导网络（1）的弯曲方式和缝隙阵列曲面一致。

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