CN114744406B - 具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线，包括波导缝隙直线阵、馈电网络及凹槽；所述波导缝隙直线阵包括辐射波导腔、辐射缝隙以及辐射输入端口；所述辐射缝隙开在辐射波导腔体的窄边上并切入所述辐射波导腔体的宽边，辐射输入端口与辐射波导腔体连接；所述馈电网络包括馈电输出端口、波导功分器、折叠波导、定标输出端口以及馈电输入端口；所述波导功分器与所述折叠波导连接，所述定标输出端口与波导功分器通过公共壁上的缝隙连通；所述馈电输出端口与辐射输入端口相连；所述的凹槽位于波导直线阵的两侧。本发明天线具有高增益，宽扫描的良好电性能，以及低剖面、小型化的良好机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及星载天线领域，具体地，涉及一种用于Ka频段星载SAR系统的波导缝隙阵列天线，特别是一种具有宽扫描特性的结构紧凑的波导缝隙阵列天线。
背景技术
随着科学技术的不断发展，毫米波技术在SAR成像系统中得到了迅速的应用及发展。毫米波SAR系统不仅对天线的电性能提出了较高要求，如高增益、高效率、宽扫描等，对天线的机械特性也有较高的要求，如小型化、轻量化等。在设计天线子系统时，必须从全局出发，对天线的各个指标进行综合考虑。天线的宽扫描、高增益、小型化等特性对于提高SAR系统的成像分辨率、降低SAR系统的复杂度具有重要的意义。
阵列的扫描角度范围主要由单元的间距决定，减小单元间距可以扩大天线的扫描范围，但会提高单元间的相互耦合，使得单元的阻抗失配，降低天线的实际增益。
经对现有技术的文献检索发现，詹珍贤等人在电子信息对抗技术2013年7月第4期发表论文“毫米波波导窄边斜缝驻波阵天线的设计”，针对毫米波波导阵列间距小的特点，对金属壁厚作了分析设计，并据此优化了阵列天线的交叉极化电平，但论文没给出波导阵列扫描特性的分析，且波导采用H面的功分器，其尺寸存在进一步缩小的空间。中国舰船研究院的陈晓鹏在2014年3月发表硕士学位论文“X波段波导缝隙阵列天线设计”，在窄边开缝隙波导阵列天线间设置了金属扼流槽用于降低阵列天线的交叉极化电平，但扼流槽尺寸较大。徐志等人在2014年第8期第64卷的IEEE Transaction on antennas and propagation上发表论文“Analysis of Scan Blindness in a Linearly Polarized Tapered-SlotPhased Array in Triangular Lattice—Performance Improvement With ParasiticNotches”提出一种开槽的补偿方法能有效的改善渐变缝隙阵列的宽扫描特性，但在Ka频段，渐变缝隙天线的馈电损耗高于波导缝隙天线。
现有的宽扫描天线主要是微带形式的平面天线或端射天线，如印刷偶极子天线及渐变缝隙天线，当用于Ka频段时，天线的馈电损耗会降低天线的增益。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有宽扫描特性的波导缝隙天线，该天线在较宽的扫描范围内保持高效率，高增益，易匹配的优点，满足未来星载SAR系统对于高性能阵列天线的需求，同时该天线具有剖面低，结构简洁的优点。
根据本发明提供的具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线，包括波导缝隙直线阵、馈电网络及凹槽；
所述波导缝隙直线阵包括辐射波导腔、辐射缝隙以及辐射输入端口；所述辐射缝隙开在辐射波导腔体的窄边上并切入所述辐射波导腔体的宽边，辐射输入端口与辐射波导腔体连接；
所述馈电网络包括馈电输出端口、波导功分器、折叠波导、定标输出端口以及馈电输入端口；所述波导功分器与所述折叠波导连接，所述定标输出端口与波导功分器通过公共壁上的缝隙连通；所述馈电输出端口与辐射输入端口相连；
所述的凹槽位于波导直线阵的两侧。
优选地，所述辐射缝隙呈八字形交替开在辐射波导腔的窄边上；所述辐射输入端口位于辐射波导腔体的中心。
优选地，所述辐射波导腔的截面呈矩形；
所述辐射波导腔的上下侧面形成所述窄边，所述辐射波导腔的左右侧面形成所述宽边。
优选地，所述波导缝隙直线阵采用的是驻波阵列形式，即所述辐射波导腔的两端短路形成封闭腔体。
优选地，所述凹槽的高度设置以使所述阵列天线具有宽扫描的特性；
所述凹槽的宽度与所述辐射波导腔的宽度相等。
优选地，所述凹槽的高度经过调整使得阵列波束在往波导窄边方向扫描至超过40°时，辐射输入端口有源驻波小于2，且能够使得天线保持高增益的特性。
优选地，所述波导缝隙直线阵的辐射输入端口和馈电网络的馈电输出端口通过波导口直接连接；所述馈电输入端口采用波导口。
优选地，所述波导功分器与折叠波导通过H面功分器连接。
优选地，所述凹槽与辐射波导腔体共用侧壁。
优选地，所述波导缝隙直线和馈电网络均采用铝合金真空钎焊制成。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明采用波导缝隙阵列天线，天线具有高增益的特性，调整波导缝隙天线间的金属槽高度，减小了天线在宽角扫描时的有源驻波，通过在馈电网络中使用折叠波导降低天线的剖面高度。本发明天线具有高增益，宽扫描的良好电性能，以及低剖面、小型化的良好机械性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中具有宽扫描特性的波导缝隙天线的结构示意图；
图2为本发明实施例中的波导缝隙天线及其内腔结构图；
图3为本发明实施例中的波导馈电网络及其内腔结构图；
图4为本发明实施例中的金属槽；
图5为本发明实施例的仿真有源驻波曲线图；
图6为本发明实施例的仿真实际增益曲线图；
其中：
1-波导缝隙直线阵；2-馈电网络；3-金属槽；10-辐射缝隙；11-辐射波导腔；12-辐射输入端口；20-馈电输出端口；21-波导功分器；22-定标输出端口；23-折叠波导；24-馈电输入端口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例中采用减高波导减小了波导缝隙直线阵1之间的间距，扩大了阵列波束的扫描方向，所述的扫描方向是指与波导窄边平行的方向。进一步，调整波导缝隙直线阵之间金属槽3的高度，改变了各直线阵相互耦合系数的相位，从而减小了扫描过程的有源驻波。
波导缝隙直线阵1与馈电网络2通过波导口直接连接，馈电网络2的输入端也是波导口，减小天线射频前端内部的连接损耗。
馈电网络2采用了折叠波导，减小了馈电网络2的剖面高度，整体天线具有小型化，结构简洁的优点。
具体实施例如下：
本发明实施例是工作于ka波段的波导缝隙阵列天线，包含8个直线子阵列，中心频率为f 0 ,下边频0.993f 0 ，上边频为1.007f 0 。
参见图1，本发明提供的具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线包括波导缝隙直线阵1，馈电网络2及金属槽3；
所述波导缝隙直线阵从上而下包括辐射波导腔11、辐射缝隙10以及辐射输入端口12；所述辐射缝隙10开在辐射波导腔体11的窄边上并切入所述辐射波导腔体11的宽边，切入的深度根据波导的输入阻抗计算所得。辐射输入端口12与辐射波导腔体11连接。
所述辐射缝隙10成八字形交替开在辐射波导腔的窄边，辐射缝隙10的旋转角度以及切入辐射波导腔体11的深度是根据所计算的等效阻抗而定。
所述馈电网络2包括馈电输出端20、波导功分器21、定标输出端口22、折叠波导23、以及馈电输入端24；
所述波导功分器21与折叠波导23通过H面功分器连接，减小了馈电网络2的占用空间。定标输出端口22与波导功分器21通过公共壁上的矩形缝隙连通；
所述的馈电输出端20与辐射输入端口12相连。
所述折叠波导23的使用降低了馈电网络的高度。
所述的金属槽3位于波导直线阵1的两侧，与辐射波导腔11共用侧壁。所述金属槽的高度经调节使得阵列具有宽扫描的特性，金属槽的宽度与辐射波导腔宽度相等，通过设置金属槽的高度，改善了传统波导缝隙天线阵列在宽扫描时的有源驻波及增益性能。
在本发明实施例中，所述的波导缝隙直线阵1、馈电网络2均采用铝合金真空钎焊制成。
本发明实施例中，通过调整缝隙天线间的金属槽高度，使其小于四分之一工作波长，改善天线扫描时的有源驻波，保证了天线的实际增益。本发明的Ka频段波导阵列天线在单元间距为0.67波长时，在中心频率扫描至40度时，有源驻波小于2，相比未经优化的波导缝隙天线有了明显的改善。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线，其特征在于，包括波导缝隙直线阵、馈电网络及凹槽；
所述波导缝隙直线阵包括辐射波导腔、辐射缝隙以及辐射输入端口；所述辐射缝隙开在辐射波导腔体的窄边上并切入所述辐射波导腔体的宽边，所述辐射输入端口与所述辐射波导腔体连接；
所述馈电网络包括馈电输出端口、波导功分器、折叠波导、定标输出端口以及馈电输入端口；所述波导功分器与所述折叠波导连接，所述定标输出端口与波导功分器通过公共壁上的缝隙连通；所述馈电输出端口与辐射输入端口相连；
所述的凹槽位于波导直线阵的两侧；所述凹槽的高度经过调整使得阵列波束在往波导窄边方向扫描至超过40°时，辐射输入端口有源驻波小于2，且能够使得天线保持高增益的特性。
2.根据权利要求1所述的具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述辐射缝隙呈八字形交替开在辐射波导腔的窄边上；所述辐射输入端口位于辐射波导腔体的中心。
3.根据权利要求1所述的具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述辐射波导腔的截面呈矩形；
所述辐射波导腔的上下侧面形成所述窄边，所述辐射波导腔的左右侧面形成所述宽边。
4.根据权利要求1所述的具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述波导缝隙直线阵采用的是驻波阵列形式，即所述辐射波导腔的两端短路形成封闭腔体。
5.根据权利要求1所述的具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述凹槽的高度设置以使所述阵列天线具有宽扫描的特性；
所述凹槽的宽度与所述辐射波导腔的宽度相等。
6.根据权利要求1所述的具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述波导缝隙直线阵的辐射输入端口和馈电网络的馈电输出端口通过波导口直接连接；所述馈电输入端口采用波导口。
7.根据权利要求1所述的具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述波导功分器与折叠波导通过H面功分器连接。
8.根据权利要求1所述的具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述凹槽与辐射波导腔体共用侧壁。
9.根据权利要求1所述的具有宽扫描特性的波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述波导缝隙直线和馈电网络均采用铝合金真空钎焊制成。
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