CN113285215A - 一种宽带双极化波导缝隙天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种宽带双极化波导缝隙天线包括窄边直缝水平极化波导缝隙天线和宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线;窄边直缝水平极化波导缝隙天线和宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线共面嵌套设置。本发明中波导缝隙天线由宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线和窄边直缝水平极化波导缝隙天线共面嵌套组成,极大节约空间;且使两种交叉极化电平较普通波导缝隙天线有极大改善,有效抑制了寄生副瓣的产生,大幅提高双极化波导缝隙天线的极化端口隔离度。
Description
技术领域
本发明涉及波导天线技术领域,具体涉及一种宽带双极化波导缝隙天线。
背景技术
目前,雷达系统随着需求的引导,正朝着高分辨率、多极化和多模式方向发展,作为雷达系统关键分系统之一的天线,需要具有宽带、多极化和低交叉极化等功能。波导缝隙天线具有效率高、体积小、重量轻、结构紧凑,易获得高增益,在雷达和微波通信系统中获得了广泛的应用。鉴于多极化可以提供丰富的目标特性,增加目标识别、分类和抗干扰能力,多极化合成孔径雷达已成为星载合成孔径雷达发展的一个重要方向。要较好地实现高分辨率和多极化的性能要求,就天线而言,需要配套有宽带、高交叉极化的辐射天线子阵。
在星载多极化SAR系统中,采用有源相控阵天线体制已成为必然趋势。传统的双极化波导缝隙天线,采用窄边开斜缝、宽边开沿中心线两边交替分布的直缝,分别实现水平极化和垂直极化辐射接收,这种方法交叉极化较差,极化端口隔离度不高,用于相控阵系统宽角扫描时容易产生寄生副瓣,已经不能满足星载SAR雷达高分辨率、高效率、高极化隔离度、轻量化和电磁兼容性的发展需求。文献《宽带印刷天线与双极化微带及波导缝隙天线阵》所说的宽带宽边缝波导缝隙天线即是该种形式天线。由于这些缝隙交错分布在宽边中心线的两侧,不在同一条直线上。当天线宽带工作时,缝隙偏离中心线的距离较大,导致交叉极化较差,用于相控阵系统扫描容易产生寄生副瓣。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术提出了一种本发明创新设计了一种用于相控阵系统可实现宽角无寄生副瓣扫描的宽带双极化波导缝隙天线。
具体的,一种宽带双极化波导缝隙天线,其特征在于,所述宽带双极化波导缝隙天线包括窄边直缝水平极化波导缝隙天线和宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线;所述窄边直缝水平极化波导缝隙天线和宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线共面嵌套设置;
所述窄边直缝水平极化波导缝隙天线包括矩形波导腔体、电连接器、L形波导同轴变换、4个水平辐射缝隙和4对水平扰动块,所述电连接器与波导同轴变换集成一体设计,把微波能量直接送入矩形波导腔体;在所述矩形波导腔体顶部开有4个水平辐射缝隙,所述4个水平辐射缝隙为平行分布的直缝且与波导向垂直;所述矩形波导腔体顶部内侧紧邻水平辐射缝隙的2侧边设有2个水平扰动块,相邻辐射缝隙的扰动块在水平辐射缝隙侧边交替分布;
所述宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线包括垂直极化波导腔体,所述垂直极化波导腔体内侧下部设有脊,所述脊的顶端与所述垂直极化波导腔体内侧顶部具有距离;所述垂直极化波导腔体的上部宽边开有4个垂直辐射缝隙,所述4个垂直辐射缝隙间距相等;所述垂直极化波导腔体的顶部内侧设有垂直扰动块,每个所述垂直辐射缝隙对应一个所述垂直扰动块;所述4个垂直扰动块中间2个位于所述垂直辐射缝隙一侧,两端2个位于所述垂直辐射缝隙另一侧;所述垂直极化波导腔体下部中间设有同轴连接器,所述垂直极化波导腔体的顶部内侧设有中心开圆孔的匹配块,所述同轴连接器的内导体伸入到匹配块的圆孔内。
更进一步地,所述宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线为共线缝垂直极化波导缝隙天线,各所述垂直辐射缝隙共线分布。
更进一步地,所述垂直极化波导腔体为矩形波导腔体、脊波导腔体、梯形波导腔体或圆波导腔体。
更进一步地,所述垂直扰动块为圆柱体或长方体。
更进一步地,所述垂直辐射缝隙为哑铃形。本发明的有益效果包括:
本发明中的宽带双极化波导缝隙天线体积小,该波导缝隙天线由宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线和窄边直缝水平极化波导缝隙天线共面嵌套组成,2种极化波导共壁设计,极大节约空间,有效压缩了天线体积。
本发明中的宽带双极化波导缝隙天线交叉极化性能好,该波导缝隙天线中2种极化的缝隙正交垂直分布,宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线所有缝隙都位于同一直线上,2种交叉极化电平较普通波导缝隙天线有极大改善,交叉极化电平可达-45dB以下。
本发明中的宽带双极化波导缝隙天线不易产生寄生副瓣,由于垂直极化波导缝隙天线由于所有辐射缝隙位于同一直线上,有效抑制了寄生副瓣的产生。
本发明中的宽带双极化波导缝隙天线极化端口隔离度高,由于宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线的缝隙与窄边直缝水平极化波导缝隙天线所有缝隙都正交垂直分布,大幅提高双极化波导缝隙天线的极化端口隔离度,极化端口隔离度可达60dB以上。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线的阵列外形示意图;
图2是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线的外形局部放大示意图;
图3是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线的单元结构示意图;
图4是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线的单元截面示意图;
图5是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线中水平极化波导缝隙天线的内部结构示意图;
图6是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线中垂直极化波导缝隙天线的内部结构示意图;
图7是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线的俯视尺寸标注示意图;
图8是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线的单元截面尺寸标注示意图;
图9是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线的端口回波损耗示意图;
图10是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线的极化端口隔离度示意图;
图11是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线在8.5GHz频点E面、H面的主极化及交叉极化方向示意图;
图12是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线在9.5GHz频点E面、H面的主极化及交叉极化方向示意图;
图13是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线在10.5GHz频点E面、H面的主极化及交叉极化方向示意图;
图14是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线在8.5GHz频点E面、H面的主极化及交叉极化方向示意图;
图15是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线在9.5GHz频点E面、H面的主极化及交叉极化方向示意图;
图16是本发明实施例提供的一种宽带双极化波导缝隙天线在10.5GHz频点E面、H面的主极化及交叉极化方向示意图。
其中,1-窄边直缝水平极化波导缝隙天线、2-宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线、3-水平辐射缝隙、4-垂直辐射缝隙、5-电连接器、6-同轴连接器、7-波导同轴变换、8-电连接器内导体、9-水平扰动块、10-矩形波导腔体、11-匹配块、12-脊部、13-内导体、14-垂直扰动块、15-垂直极化波导腔体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行更详细的说明,本发明包括但不仅限于下述实施例。
如附图1-6所示,本发明的一种宽带双极化波导缝隙天线包括窄边直缝水平极化波导缝隙天线1和宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线2;水平极化波导缝隙天线1和宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线2共面嵌套。
窄边直缝水平极化波导缝隙天线1包括矩形波导腔体10、电连接器5、波导同轴变换7、四个水平辐射缝隙3和四对水平扰动块9。其中,矩形波导腔体10上下为窄边左右为宽边,矩形波导腔体10顶部设有四个水平辐射缝隙3,水平辐射缝隙3均为沿矩形波导腔体10窄边及与窄边相邻的两侧宽边上开设的直缝,各直缝间均匀平行分布,并与波导向垂直;在矩形波导腔体10窄边内侧紧邻每个水平辐射缝隙3的两侧边设有两个水平扰动块9,水平各辐射缝隙3两侧的水平扰动块9分别与矩形波导腔体10的窄边和不同的宽边连接;同侧靠近边缘和靠近中部的相邻水平辐射缝隙3两侧的水平扰动块9交替分布,且两侧分布方式沿中心对称。波导同轴变换7呈L形,电连接器5设置在水平辐射缝隙3对侧的窄边,波导同轴变换7一端连接矩形波导腔体10不与宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线2共面的宽边,另一端通过电连接器内导体8连接电连接器5;波导同轴变换7用于将微波能量直接送入矩形波导腔体10。
宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线2包括垂直极化波导腔体15,垂直极化波导腔体可以是矩形波导腔体、脊波导腔体、梯形波导腔体或圆波导腔体;在本实施例中,垂直极化波导腔体15为单脊波导腔体,其脊部12位于垂直极化波导腔体15内侧下部,脊部12顶端与垂直极化波导腔体15内侧顶部保持一定距离。垂直极化波导腔体15的顶部开有4个垂直辐射缝隙4,这4个垂直辐射缝隙4间距相等且共线设置,垂直辐射缝隙4呈哑铃形。垂直极化波导腔体15的顶部内侧设有与垂直辐射缝隙4相对应的垂直扰动块14,垂直扰动块14设置在垂直辐射缝隙4的哑铃形狭窄部,且中间两个垂直扰动块14位于垂直辐射缝隙4的狭窄部同一侧,两端两个垂直扰动块14位于垂直辐射缝隙4狭窄部的另一侧;垂直扰动块14为圆柱体或长方体。垂直极化波导腔体15下部中间设有同轴连接器6,垂直极化波导腔体15顶部内侧设有中心开圆孔的匹配块11,同轴连接器6的内导体13伸入到匹配块11的圆孔内。
本发明宽带双极化波导缝隙天线的工作原理是:双极化波导缝隙天线由宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线和窄边直缝水平极化波导缝隙天线共面嵌套组成,两种极化波导缝隙天线物理完全隔离,缝隙垂直正交分布,具有极高的极化隔离度。
如附图7-8所示,本发明提供的一种X波段中心频率为9.5GHz的4缝隙驻波阵双极化波导缝隙天线实施例具体参数为:
双极化波导缝隙天线长度a:57.35±0.03mm;垂直极化波导缝隙天线宽度b:12.1±0.03mm;水平极化波导缝隙天线宽度c:8.2±0.03mm;水平极化波导缝隙天线缝隙宽度d:2.9±0.03mm;垂直极化波导缝隙天线哑铃形缝隙臂长e:4.7±0.03mm;水平极化波导缝隙天线波导腔体窄边宽度f:6.6±0.03mm;垂直极化波导缝隙天线脊宽度g:3.0±0.03mm;垂直极化波导缝隙天线哑铃形缝隙宽度h:4.5±0.03mm;垂直极化波导缝隙天线哑铃形缝隙臂宽i:1.6±0.03mm;水平极化波导缝隙天线高度j:28.1±0.03mm;水平扰动块长度k:9.1±0.03mm;L形波导同轴变换根部长度l:3.0±0.03mm;L形波导同轴变换本体长度m:13.5±0.03mm;水平极化波导缝隙天线缝隙深度n:5.1±0.03mm;水平扰动块宽度o:3.8±0.03mm;L形波导同轴变换高度p:4.3±0.03mm;L形波导同轴变换边长q:2.0±0.03mm;同轴连接器内导体直径r:0.88±0.03mm;缝隙间距s:19.4±0.03mm;波导壁厚t:0.8±0.03mm;垂直极化波导缝隙天线哑铃形缝隙长度u:13.4±0.03mm;垂直扰动块外侧间距v:3.6±0.03mm;垂直极化波导缝隙天线腔体内部宽度w:4.2±0.03mm;垂直极化波导缝隙天线匹配块高度x:2.0±0.03mm;垂直扰动块高度y:2.5±0.03mm;垂直极化波导缝隙天线脊高度z:5.8±0.03mm;垂直极化波导缝隙天线高度aa:8.6±0.03mm;同轴连接器外导体直径bb:3.8±0.03mm;垂直扰动块内侧间距cc:1.6±0.03mm。
如附图9所示,本发明宽带双极化波导缝隙天线端口回波损耗,图中横坐标为工作频率,单位为GHz,纵坐标为回波损耗,单位为dB。本发明提供的宽带双极化波导缝隙天线在8.5~10.5GHz范围内,回波损耗值处在-10dB以下,具有良好的宽带性能。
如附图10所示,本发明宽带双极化波导缝隙天线极化端口隔离度,图中横坐标为工作频率,单位为GHz,纵坐标为水平极化波导缝隙天线与垂直极化波导缝隙天线的端口传输系数S12,即双极化波导缝隙天线的极化端口隔离度,单位为dB。本发明提供的宽带双极化波导缝隙天线在8.5~10.5GHz范围内,极化端口隔离度值处在-60dB以下,具有良好的极化端口隔离特性。
如附图11-16所示,本发明宽带双极化波导缝隙天线中垂直极化波导缝隙天线和水平极化波导缝隙天线分别在8.5GHz、9.5GHz、10.5GHz频点E面、H面的主极化、交叉极化方向图,横坐标为角度,单位为度,纵坐标为幅度,单位为dB。本发明提供的宽带双极化波导缝隙天线的交叉极化电平比主极化电平低55dB以上,实现极高的交叉极化抑制。
本发明不仅局限于上述具体实施方式,本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容,可以采用其它多种具体实施方式实施本发明,因此,凡是采用本发明的设计结构和思路,做一些简单的变换或更改的设计,都落入本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种宽带双极化波导缝隙天线,其特征在于,所述宽带双极化波导缝隙天线包括窄边直缝水平极化波导缝隙天线(1)和宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线(2);所述窄边直缝水平极化波导缝隙天线(1)和宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线(2)共面嵌套设置;
所述窄边直缝水平极化波导缝隙天线(1)包括矩形波导腔体(10)、电连接器(5)、L形波导同轴变换(7)、4个水平辐射缝隙(3)和4对水平扰动块(9),所述电连接器(5)与波导同轴变换(7)集成一体设计,把微波能量直接送入矩形波导腔体(10);在所述矩形波导腔体(10)顶部开有4个水平辐射缝隙(3),所述4个水平辐射缝隙(3)为平行分布的直缝且与波导向垂直;所述矩形波导腔体(10)顶部内侧紧邻水平辐射缝隙(3)的2侧边设有2个水平扰动块(9),相邻辐射缝隙(3)的扰动块(9)在水平辐射缝隙(3)侧边交替分布;
所述宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线(2)包括垂直极化波导腔体(15),所述垂直极化波导腔体(15)内侧下部设有脊(12),所述脊(12)的顶端与所述垂直极化波导腔体(15)内侧顶部具有距离;所述垂直极化波导腔体(15)的上部宽边开有4个垂直辐射缝隙(4),所述4个垂直辐射缝隙(4)间距相等;所述垂直极化波导腔体(15)的顶部内侧设有垂直扰动块(14),每个所述垂直辐射缝隙(4)对应一个所述垂直扰动块(14);所述4个垂直扰动块(14)中间2个位于所述垂直辐射缝隙(4)一侧,两端2个位于所述垂直辐射缝隙(4)另一侧;所述垂直极化波导腔体(15)下部中间设有同轴连接器(6),所述垂直极化波导腔体(15)的顶部内侧设有中心开圆孔的匹配块(11),所述同轴连接器(6)的内导体(13)伸入到匹配块(11)的圆孔内。
2.根据权利要求1所述的宽带双极化波导缝隙天线,其特征在于,所述宽带共线缝垂直极化波导缝隙天线(2)为共线缝垂直极化波导缝隙天线,各所述垂直辐射缝隙(4)共线分布。
3.根据权利要求1所述的宽带双极化波导缝隙天线,其特征在于,所述垂直极化波导腔体(15)为矩形波导腔体、脊波导腔体、梯形波导腔体或圆波导腔体。
4.根据权利要求1所述的宽带双极化波导缝隙天线,其特征在于,所述垂直扰动块(14)为圆柱体或长方体。
5.根据权利要求1所述的宽带双极化波导缝隙天线,其特征在于,所述垂直辐射缝隙(4)为哑铃形。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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