CN117525900A - 波导天线及雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种波导天线及雷达，包括：扭波导，通过分隔器连接两路矩形波导缝隙阵列，喇叭开口；所述矩形波导缝隙阵列包括：异形矩形波导腔体；缝隙阵列，开设在所述异形矩形波导腔体表面，相互间隔设置，在所述异形矩形波导腔体上沿长度方向排列，位于一条直线上；所述喇叭开口连接在异形矩形波导腔体上，覆盖所述缝隙阵列。区别于传统的缝隙设计，此变种结构设计使辐射缝隙成垂直排布，并使用扭波导设计原理改变电场方向。这样的设计结构使波导天线的设计和布阵更为简单。
Description
本申请请求以下专利申请作为优先权基础的在先申请：
申请号：202311097056.9
申请日：2023-08-28
申请名称：波导天线及雷达
技术领域
本发明涉及电磁波天线技术领域，具体地，涉及一种波导天线及雷达。
背景技术
现有毫米波雷达的波导天线大多以功分器结构进行向上垂直排列，从设计到制造本工艺需要至少3层以上的基板才能实现天线的功能。例如：专利文献CN113471687A公开了一种三层结构的毫米波基片集成波导天线，包括底层基片、中间基片和顶层基片；底层基片设有基片集成波导平面魔T结构和两个第一功分器；中间基片设置有两个第二功分器；顶层基板设有第二馈电耦合缝隙，顶层基板设有天线辐射阵列。专利文献CN113745833A公开了一种至少四层结构的波导天线和信号传输装置，包括：第一基板，包括波导口；第二基板，第一基板形成的堆叠结构内具有传输波导；至少一个中间基板，堆叠结构内形成有信号传输通路，信号传输通路具有一个输入端口和若干输出端口，以及若干连通输入端口和输出端口的功分器；天线基板。综上，传统的毫米波雷达的结构复杂，难以布阵，同时传统功分器造价昂贵，制造工艺复杂，不符合现阶段批量生产的要求。
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波导天线及雷达。
根据本发明提供的一种波导天线，包括：
扭波导1，通过分隔器3连接两路矩形波导阵列5；
所述矩形波导阵列5包括：
异形矩形波导腔体；
缝隙阵列2，开设在所述异形矩形波导腔体表面，相互间隔设置，在所述异形矩形波导腔体上沿长度方向排列，位于一条直线上；
喇叭开口4，连接在异形矩形波导腔体上，覆盖所述缝隙阵列2。
进一步的，所述扭波导1包括：
截面高宽比为2：1的纵向矩形波导传输线11，在纵向矩形波导传输线11尾端串接一个同尺寸但截面高宽比为1：2的横向矩形波导传输线13，横向矩形波导传输线13垂直于纵向矩形波导传输线11的长边并且顶面同高，实现电磁波电场方向从纵向矩形波导传输线11的传入横向矩形波导传输线13后扭转了90度，并使用阻抗匹配块12进行阻抗匹配，减少驻波和反射，横向矩形波导传输线13置于两路异形矩形波导腔体对称中心并与之垂直。
进一步的，所述矩形波导阵列包括：
异形矩形波导腔体和/或直线矩形波导腔体；
缝隙阵列2，开设在异形矩形波导腔体和/或直线矩形波导腔体表面，相互间隔设置，在异形矩形波导腔体和/或直线矩形波导腔体上沿长度方向排列，且位于不同直线上；
所述喇叭开口4连接在异形矩形波导腔体和/或直线矩形波导腔体上，分别覆盖每个所述缝隙阵列2。
进一步的，所述异形矩形波导腔体包括间隔连接的功能段51和过渡段52；
所述缝隙阵列2开设在所述功能段51；
相邻的所述功能段51不在同一轴线上。
进一步的，所述异形矩形波导腔体呈波浪形弯曲形状。
进一步的，奇数位功能段51和偶数位功能段51间错排列，用过渡段52进行连接，形成波浪形弯曲形状。
进一步的，所述缝隙阵列2的每个缝隙呈矩形，长度方向与所述矩形波导阵列5的长度方向相同。
进一步的，所述分隔器3处于横向矩形波导传输线13的对侧并保持预设间隔距离，分隔器3在其长度范围内完全隔开两路矩形波导阵列5，分隔器3与横向矩形波导传输线13在长度方向上处于同一轴线。
横向矩形波导传输线13输入的信号在薄膜分隔器3处被功率等分，相位不变，再分别馈入两路矩形波导阵列5中。
进一步的，所述喇叭开口4呈喇叭状结构，喇叭状结构的小端连接所述异形矩形波导腔体。
根据本发明提供的一种雷达，包括所述的波导天线。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)本发明的结构使波导缝隙天线的设计更为简单，方便布阵，保证了在电场转向的过程中仍能保持应有的天线增益，良好的副瓣电平压制和有效阻抗带宽。
2)本发明中分隔器的结构设计使本款天线在不用传统功分器的情况下仍拥有功分器所带来的等分效用，使得后续的缝隙阵列设计变得更为简便。
3)本发明中喇叭开口结构的设计，避免了薄金属材质在法向高度无法增加距离的薄弱点，可以有效匹配空气阻抗，增大天线的有效增益。
4)本发明相比传统波导缝隙天线，制造成本大幅降低，且符合批量生产的要求。
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为本发明一实施例的俯视图；
图2为本发明一实施例的立体图；
图3为本发明第二实施例的立体图；
图4为本发明第二实施例的俯视图；
图5为本发明第三实施例的立体图；
图6为本发明第三实施例的俯视图；
图7为本发明的局部放大图。
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图3和图4所示，本实施例提供的波导天线包括：
扭波导1，通过分隔器3连接两路异形矩形波导阵列，在典型设计中，两路异形矩形波导腔体成180度对称放置。异形矩形波导阵列包括：异形矩形波导腔体5、缝隙阵列2。缝隙阵列2有多个缝隙，相互间隔开设在异形矩形波导腔体表面，在异形矩形波导腔体上沿长度方向排列，位于一条直线上。扭波导1设置在基板上，因此本发明的波导天线只需要两层结构就可以实现，结构简单易于设计。
如图7所示，异形矩形波导腔体呈波浪形弯曲形状，也可以是其他的弯曲形状，本发明对此不做限制。在本发明中，异形矩形波导腔体包括间隔连接的功能段51和过渡段52，缝隙阵列2开设在功能段51，与异形矩形波导腔体的轴线具有一定距离的中心偏移。奇数位功能段51和偶数位功能段51间错排列，用过渡段52进行连接，形成波浪形异形矩形波导腔体。通过这一异形腔体设计，可实现缝隙阵列2成直线排列；并通过调整功能段51中心平面与缝隙2中心面的间距，可对每个缝隙耦合功率的大小进行调整，从而实现缝隙阵列2中各缝隙功率的泰勒分布，最终实现缝隙天线辐射性能的优化(包括但不限于：天线增益，半功率方位角，半功率俯仰角，副瓣电平等)。
喇叭开口4连接在异形矩形波导腔体上，喇叭开口4呈喇叭状结构，喇叭状结构的小端连接异形矩形波导腔体，并分别覆盖住一个缝隙。每个缝隙呈矩形，长度方向与矩形波导阵列5的长度方向相同。喇叭开口4的使用，有效的优化缝隙和空气的阻抗匹配，增大了波导缝隙天线的有效增益。
本实施例利用缝隙波导腔体变种结构设计使辐射的缝隙成垂直排布区别于传统的缝隙设计，使用扭波导设计原理改变电场传输方向。这样的设计结构使波导天线的设计和布阵更为简单，有利于优化制造工艺并降低制造成本。
在依据本发明的某一实践案例中，使用了BJ900/WR10型号的矩形波导，波导截面标准尺寸为长边2.54mm、短边1.27mm；根据多次的仿真迭代，获得的分隔器(3)的合理尺寸为：宽0.6-1.2mm、长0.8-1.5mm。
在其他实施例中，如图5、图6所示，异形矩形波导阵列的长度并不固定，从而可以设置更多或更少的缝隙，连接更多或更少的喇叭开口4，以获得满足不同应用需求的天线性能(如：方位角，俯仰角，增益，副瓣电平等)。
实施例2
如图1、图2所示，本实施例提供的波导天线包括：
扭波导1，通过分隔器3连接两路直线矩形波导阵列，直线矩形波导阵列包括：直线矩形波导腔体、缝隙阵列2。缝隙阵列2有多个缝隙，相互间隔开设在直线矩形波导腔体表面，在直线矩形波导腔体上沿长度方向排列，位于不同直线上。
喇叭开口4连接在直线矩形波导腔体上，喇叭开口4呈喇叭状结构，喇叭状结构的小端连接直线矩形波导腔体，并分别覆盖住一个缝隙。每个缝隙呈矩形，长度方向与矩形波导阵列5的长度方向相同。
实施例3
实施例1提供的波导天线利用扭波导加异形矩形波导加直列缝隙排布加喇叭开口结构设计，利用电场的扭转使波导天线在一次功率分配的情况下能达成1x4,1x6,1x8的天线子阵结构布局。
实施例1，2，3的设计可以实现高性能的波导天线设计，可以被广泛应用于现在77GHz车载毫米波雷达的应用，4D成像雷达和4D前雷达、4D角雷达、气象监测雷达以及交通雷达。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种波导天线，其特征在于，包括：
扭波导(1)，通过分隔器(3)连接两路矩形波导阵列(5)；
所述矩形波导阵列(5)包括：
异形矩形波导腔体；
缝隙阵列(2)，开设在所述异形矩形波导腔体表面，相互间隔设置，在所述异形矩形波导腔体上沿长度方向排列，位于一条直线上；
喇叭开口(4)，连接在异形矩形波导腔体上，覆盖所述缝隙阵列(2)。
2.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于，所述扭波导(1)包括：
截面高宽比为2：1的纵向矩形波导传输线(11)，在纵向矩形波导传输线(11)尾端串接一个同尺寸但截面高宽比为1：2的横向矩形波导传输线(13)，横向矩形波导传输线(13)垂直于纵向矩形波导传输线(11)的长边并且顶面同高，实现电磁波电场方向从纵向矩形波导传输线(11)的传入横向矩形波导传输线(13)后扭转了90度，并使用阻抗匹配块(12)进行阻抗匹配，减少驻波和反射，横向矩形波导传输线13置于两路异形矩形波导腔体对称中心并与之垂直。
3.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于，所述矩形波导阵列包括：
异形矩形波导腔体和/或直线矩形波导腔体；
缝隙阵列(2)，开设在异形矩形波导腔体和/或直线矩形波导腔体表面，相互间隔设置，在异形矩形波导腔体和/或直线矩形波导腔体上沿长度方向排列，且位于不同直线上；
所述喇叭开口(4)连接在异形矩形波导腔体和/或直线矩形波导腔体上，分别覆盖每个所述缝隙阵列(2)。
4.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于，所述异形矩形波导腔体包括间隔连接的功能段(51)和过渡段(52)；
所述缝隙阵列(2)开设在所述功能段(51)；
相邻的所述功能段(51)不在同一轴线上。
5.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于，所述异形矩形波导腔体呈波浪形弯曲形状。
6.根据权利要求4所述的波导天线，其特征在于，奇数位功能段(51)和偶数位功能段(51)间错排列，用过渡段52进行连接，形成波浪形弯曲形状。
7.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于，所述缝隙阵列(2)的每个缝隙呈矩形，长度方向与所述矩形波导阵列(5)的长度方向相同。
8.根据权利要求2所述的波导天线，其特征在于，所述分隔器(3)处于横向矩形波导传输线(13)的对侧并保持预设间隔距离，分隔器(3)在其长度范围内完全隔开两路矩形波导阵列(5)，分隔器3与横向矩形波导传输线13在长度方向上处于同一轴线；
横向矩形波导传输线(13)输入的信号在薄膜分隔器(3)处被功率等分，相位不变，再分别馈入两路矩形波导阵列(5)中。
9.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于，所述喇叭开口(4)呈喇叭状结构，喇叭状结构的小端连接所述异形矩形波导腔体。
10.一种雷达，其特征在于，包括权利要求1所述的波导天线。
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