CN114284740A - 一种高功率微波共形波导缝隙阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，包括波导，所述波导上设有若干缝隙、表面波抑制结构，若干缝隙构成缝隙阵。本发明解决了现有技术存在的表面波严重影响天线辐射效率等问题。

Description

一种高功率微波共形波导缝隙阵天线

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域，具体是一种高功率微波共形波导缝 隙阵天线。

背景技术

随着高功率微波技术的发展,高功率微波正走向实用化，高功率微波辐 射装置一个重要的应用场景是与载体共形，常规共形天线阵列由于对功率 容量要求不高，因此大都采用贴片天线技术路线，而贴片天线功率容量较 低不适应高功率微波应用。波导缝隙阵具有高功率容量、高增益、高效率 和剖面的技术特点，因此波导缝隙阵成为高功率微波共形阵列首先形式， 但共形天线存在表面波严重影响天线辐射效率的技术难题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种高功率微波共形波导缝隙 阵天线，解决现有技术存在的表面波严重影响天线辐射效率等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，包括波导，所述波导上设有若 干缝隙、表面波抑制结构，若干缝隙构成缝隙阵。

作为一种优选的技术方案，所述波导为扇形波导。

作为一种优选的技术方案，所述缝隙为宽边纵缝。

作为一种优选的技术方案，所述缝隙的长轴与波导宽边中心线平行， 所述缝隙的长度为波导波长的0.4～0.7倍，所述缝隙的宽度为波导波长的 0.01～0.25倍。

作为一种优选的技术方案，所述缝隙的边缘倒圆角。

作为一种优选的技术方案，所述表面波抑制结构为微波扼流槽结构。

作为一种优选的技术方案，所述表面波抑制结构分布在所述波导辐射 面的两侧。

作为一种优选的技术方案，还包括设于所述波导上的介质窗。

作为一种优选的技术方案，所述介质窗的形状为弧形。

作为一种优选的技术方案，所述介质窗的材料为绝缘材料。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明抑制了表面波，解决了共形天线存在表面波严重影响天线 辐射效率的问题；

(2)本发明能够实现与圆柱共形，通过抑制表面波结构提高辐射效率， 实现高功率微波高效辐射；

(3)本发明能够实现高功率共形辐射系统低剖面和紧凑化、小型化；

(4)本发明能够实现共形波导缝隙阵几百兆瓦量级的高功率微波功 率容量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为共形波导缝隙阵的馈入反射波形；

图3为具有表面波抑制结构的共形波导缝隙阵天线H面方向图；

图4为没有设计表面波抑制结构的共形波导缝隙阵天线H面方向图。

附图中标记及相应的零部件名称：1、波导，2、缝隙，3、表面波抑制 结构，4、介质窗。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的 实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图4所示，一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，包括波导1， 所述波导1上设有若干缝隙2、表面波抑制结构3，若干缝隙2构成缝隙阵。

由于采用了表面波抑制结构3，抑制了表面波，解决了共形天线存在表 面波严重影响天线辐射效率的问题。

作为一种优选的技术方案，所述波导1为扇形波导。

扇形波导传输损耗小、传输效率高。

作为一种优选的技术方案，所述缝隙2为宽边纵缝。

作为一种优选的技术方案，所述缝隙2的长轴与波导宽边中心线平行， 所述缝隙2的长度为波导1波长的0.4～0.7倍，所述缝隙2的宽度为波导 1波长的0.01～0.25倍。

这便于满足驻波阵的谐振条件。

作为一种优选的技术方案，所述缝隙2的边缘倒圆角。

这能够降低缝隙边缘处的电场强度，提高功率容量。

作为一种优选的技术方案，所述表面波抑制结构3为微波扼流槽结构。

这样的结构简单，容易制作，抑制表面波效果好。

作为一种优选的技术方案，所述表面波抑制结构3分布在所述波导1 辐射面的两侧。

这便于进一步提高抑制表面波的效果。

实施例2

如图1至图4所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实 施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：

作为一种优选的技术方案，还包括设于所述波导1上的介质窗4。

这便于通过介质窗4将高功率微波辐射到自由空间中去。

作为一种优选的技术方案，所述介质窗4的形状为弧形。

这进一步增加了将高功率微波辐射到自由空间中去的效果。

作为一种优选的技术方案，所述介质窗4的材料为绝缘材料。

这使得介质窗4抗辐射性能好。

实施例3

如图1至图4所示，本实施例包含实施例1、实施例2的全部技术特征， 本实施例在实施例1、实施例2的基础上，提供更细化的实施方式。

一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，尤其是一种高功率微波共形波 导缝隙阵天线包含：基于扇形波导1宽边纵缝驻波阵，表面波抑制结构3 及共形阵列天线介质窗4等结构；

所述的基于扇形波导1宽边纵缝驻波阵由：扇形波导1、宽边纵缝等结 构构成。波导1微波传播方向的末端设置短路面；所述缝隙沿扇形波导1 最大宽边中心线两侧交错分布于波导1一侧，缝隙的长度方向与波导1宽 边中心线平行，共形宽边纵缝波导缝隙阵工作在谐振状态，缝隙电导是并 联关系，同一根扇形波导1缝隙电导相同，单根波导1全部缝隙电导之和 为1，导纳之和为0，波导1馈入反射小于-20dB。缝隙长度约半波导1波 长；缝隙间距半波导1波长；波导1末端的缝隙距离短路面四分之一波导1 波长。

所述的表面波抑制结构3为相邻扇形辐射波导1间及共形阵列边缘的 扼流结构，扼流槽结构深度约四分之一波长，扼流槽结构宽度约十分之一 波长，对于低频辐射，为实现阵列低剖面可，扼流槽可填充高介电常数绝 缘介质。

所述的阵列共形阵列天线介质窗4是由低介电常数绝缘介质材料(例 如聚四氟乙烯或聚乙烯材料)构成的与圆柱形共形的平板天线辐射窗。天 线窗厚度约15mm，天线窗可承受1个大气压的内压。

如图1所示，本实施例的一种高功率微波共形宽边纵缝波导缝隙阵， 包括基于扇形波导1的宽边纵缝共形波导缝隙阵、表面波抑制结构3和介 质窗4；

现以一L波段共形高功率微波共形阵列为例进行方案说明。

宽边纵缝共形波导缝隙阵基于扇形波导1，本方案扇形波导1内径与柱 面直径相同。扇形波导1的平均宽度(扇形波导1内弧长与外弧长平均值) 大于半扇形波导1波长，小于扇形波导1波长；扇形波导1径向长度(厚 度)大于扇形波导1平均宽边尺寸的四分之一，小于扇形波导1平均宽边 尺寸的二分之一；

宽边缝隙沿扇形波导1宽边中心线两侧交错分布于波导1一侧，缝隙 的长轴与波导1宽边中心线平行，缝隙的长度约为0.49倍波导1波长，缝 隙的宽度约为0.15倍波导1波长，相邻两缝隙之间的间距为半波导1波长， 以满足驻波阵的谐振条件；

缝隙的边缘倒圆角，缝隙边缘倒圆角的半径为缝隙壁厚的一半，能够 降低缝隙边缘处的电场强度，提高功率容量。

在实施例中，高功率共形宽边纵缝波导缝隙阵工作在谐振状态，缝隙 的长度及与波导1宽边中心线距离满足驻波阵谐振条件：缝隙电导之和为1， 导纳之和为0，波导1馈入反射小于-20dB；

表面波抑制结构3为微波扼流槽结构，分布在每根扇形波导1辐射面 两侧，扼流槽深约四分之一波长，扼流槽结构宽度约十分之一波长。对于L 波段扼流槽内填充高介电常数的陶瓷块(介电常数9.5)；

共形波导缝隙阵介质窗4为低介电常数的聚乙烯弧形平板结构，介质 窗4同时作为天线辐射波导1的真空封板，需要耐受1个大气压的内压， 为防止内压下介质窗4结构破坏同时兼顾天线轻量化，介质窗4厚设计为 约15mm左右。

图2为高功率共形波导缝隙阵电场分布(馈入微波功率1w),最大电场 位于波导1辐射缝隙处，设波导1腔内真空击穿阈值为550kV/cm,则共形天 线可承受0.58GW的功率容量。图3和图4分别是天线介质窗4真空侧和大 气侧电场分布图，设介质窗4真空侧和大气侧微波击穿阈值均为40Kv/cm， 则介质窗4真空侧和大气侧高功率微波功率容量分别为0.48GW和0.42GW, 因此共形波导1缝隙功率容量分析为0.42GW。共形阵列天线增益约15.3dB (增加扼流结构会提高天线增益不小于1dB)。

本发明的一种高功率微波共形波导缝隙阵列，通过扇形波导1设计实 现与圆柱面共形，通过设计共形宽边纵缝波导缝隙阵、抑制表面波扼流结 构以及共形阵列馈入波导1相位调节机构实现共形阵列相位补偿从而实现 较高的共形阵列口径辐射效率。

本发明通过基于扇形波导1的柱面共形宽边纵缝驻波阵辐射高功率微 波，通过表面波抑制结构3抑制表面波传输，提高共形天线口径效率，通 过介质窗4将高功率微波辐射到自由空间中去，同时实现辐射波导1腔真 空密封，解决高功率微波波导1腔内高功率微波功率容量技术问题。

本发明的发明目的在于：针对高功率微波共型天线发展需求和面临的 技术问题，提供一种高功率波导1缝隙共型阵列天线设计方案，解决了共 形高功率微波波导缝隙阵高效辐射一系列技术问题。

综上所述，采用本发明的一种高功率共形宽边纵缝波导缝隙阵，能够 实现与圆柱共形，通过抑制表面波结构提高辐射效率，实现高功率微波高 效辐射。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、能够实现波导缝隙阵与圆柱面共形；

2、能够实现共形天线较高口径辐射效率；

3、能够实现高功率共形辐射系统低剖面和紧凑化、小型化；

4、能够实现共形波导缝隙阵几百兆瓦量级的高功率微波功率容量。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，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。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上 实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术 方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，其特征在于，包括波导(1)，所述波导(1)上设有若干缝隙(2)、表面波抑制结构(3)，若干缝隙(2)构成缝隙阵。

2.根据权利要求1所述的一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，其特征在于，所述波导(1)为扇形波导。

3.根据权利要求2所述的一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，其特征在于，所述缝隙(2)为宽边纵缝。

4.根据权利要求3所述的一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，其特征在于，所述缝隙(2)的长轴与波导宽边中心线平行，所述缝隙(2)的长度为波导(1)波长的0.4～0.7倍，所述缝隙(2)的宽度为波导(1)波长的0.01～0.25倍。

5.根据权利要求4所述的一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，其特征在于，所述缝隙(2)的边缘倒圆角。

6.根据权利要求5所述的一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，其特征在于，所述表面波抑制结构(3)为微波扼流槽结构。

7.根据权利要求6所述的一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，其特征在于，所述表面波抑制结构(3)分布在所述波导(1)辐射面的两侧。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，其特征在于，还包括设于所述波导(1)上的介质窗(4)。

9.根据权利要求8所述的一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，其特征在于，所述介质窗(4)的形状为弧形。

10.根据权利要求9所述的一种高功率微波共形波导缝隙阵天线，其特征在于，所述介质窗(4)的材料为绝缘材料。

Images