CN202282460U - 全金属单脉冲谐振天线 - Google Patents

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刘庭华
刘震国
赵旸
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Abstract

本实用新型公开了一种全金属单脉冲谐振天线,包括馈源（1）、谐振腔（2）、单脉冲馈电网络（3），其特征在于：谐振腔（2）的上部为刻蚀缝隙阵的金属板构成的部分反射表面（21），下部为接地板（22）；部分反射表面（21）与接地板（22）之间的四周由金属板（23）连接，在部分反射表面（21）、接地板（22）与金属板（23）之间形成间隙（24）；馈源（1）位于谐振腔（2）中。本实用新型结构简单，无需组阵即可实现单脉冲机制。

Description

全金属单脉冲谐振天线
技术领域
本实用新型涉及一种可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线。
背景技术
单脉冲雷达是干涉仪概念的实际应用 。它在单个雷达脉冲周期内可同时得到目标的仰角、方位角和距离的信息,从而克服了由于目标的移动速度快以及环境造成的随机衰落带来的对定向精度的影响。自第二次世界大战后,单脉冲雷达便应用于精确测角。传统的单脉冲雷达系统多采用抛物面天线、卡塞格伦天线和镜面天线等。但上述天线形式都属于非平面的复杂结构，不便与所载平台集成一体化设计。即便是采用平面结构的微带阵列构成的单脉冲天线由于要实现高增益和高分辨率必须通过组阵的方式来实现，由此带来的问题是除了微带阵列间的单脉冲馈电网络外，各微带阵列内部也含有复杂的馈电网络，因而引起损耗的增加。
发明内容
技术问题：本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单，无需组阵即可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线。
技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型提出一种全金属单脉冲谐振天线，包括馈源、谐振腔、单脉冲馈电网络，其特征在于：
谐振腔的上部为刻蚀缝隙阵的金属板构成的部分反射表面，下部为接地板；部分反射表面与接地板之间的四周由金属板连接，在部分反射表面、接地板与金属板之间形成间隙；馈源位于谐振腔中；
接地板包括内表面和与内表面相对的外表面，接地板的内表面与部分反射表面相对设置；单脉冲馈电网络位于谐振腔的接地板的外表面，在单脉冲馈电网络的末端通过金属探针与馈源相连。
所述部分反射表面上的缝隙阵为矩形缝隙阵列。  
所述矩形缝隙阵列，由矩形缝隙分别沿缝隙的长边和短边方向周期排列构成，且沿缝隙的长边和短边方向的周期长度不等，短边方向的周期长度小于长边方向的周期长度。
所述馈源采用微带贴片或波导喇叭或其变型结构。
所述馈源的极化方向与矩形缝隙的长边方向垂直。
所述馈源为四个，且该四个馈源通过单脉冲馈电网络相连构成单脉冲馈电机制。
所述部分反射表面与接地板之间的距离满足                                                
Figure 957926DEST_PATH_IMAGE001
，的谐振条件，其中
Figure 200819DEST_PATH_IMAGE002
为中心频率电磁波的自由空间波长，n为正整数。
所述谐振腔的连接部由金属板构成。
有益效果：与已有的单脉冲天线相比，本实用新型的可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线，纵向尺寸小，结构更加简单；其次与采用平面结构的微带阵列构成的单脉冲天线相比仅需形成单脉冲机制的馈电网络而无需其他任何馈线网络，不需要采用阵列结构即可实现高增益单脉冲机制。本实用新型通过接地板、与接地板平行的部分反射表面及连接两者之间的金属板共同构成谐振腔，利用谐振特性使得不需采用阵列结构、不需复杂的馈线网络、在较小的纵向尺寸下、天线的增益即可得到显著的提高。四个微带贴片或波导喇叭或其变型结构构成的馈源在空间上通过形成单脉冲机制的馈电网络相连，从而实现单脉冲机制。
附图说明
图1是本实用新型提供的可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线的总体结构立体示意图；
图2是本实用新型提供的可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线的总体结构的侧视图；
图3是本实用新型的图1、图2中部分反射表面的结构示意图；
图4是本实用新型的图1、图2、图3中部分反射表面周期单元的结构示意图；
图5是本实用新型的图1、图2、图3中馈源相对于接地板的位置示意图；
图6是本实用新型提供的可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线在设计频率上和波束E面方向图；
图7是本实用新型提供的可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线在设计频率上和波束H面方向图；
图8是本实用新型提供的可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线在设计频率上E面差波束方向图；
图9是本实用新型提供的可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线在设计频率上H面差波束方向图；
以上的图中有：馈源1、谐振腔2、部分反射表面21、接地板22、金属板23、间隙24。
其中所述部分反射表面21由矩形缝隙阵列25构成；PX为矩形缝隙阵列周期单元沿x方向的周期长度，P y为矩形缝隙阵列周期单元沿y方向的周期长度。l x为矩形矩形缝隙的宽度， l y为矩形矩形缝隙的长度。
具体实施方式
下面将参照附图对本实用新型进行说明。
本实用新型提供的全金属单脉冲谐振天线包括馈源1、谐振腔2、单脉冲馈电网络3。
谐振腔2的上部为刻蚀缝隙阵的金属板构成的部分反射表面21，下部为接地板22；部分反射表面21与接地板22之间的四周由金属板23连接，在部分反射表面21、接地板22与金属板23之间形成间隙24；馈源1位于谐振腔2中。
接地板22包括内表面和与内表面相对的外表面，接地板22的内表面与部分反射表面21相对设置；单脉冲馈电网络3位于谐振腔2的接地板的外表面，在单脉冲馈电网络的末端通过金属探针与馈源1相连。
所述部分反射表面21由矩形缝隙阵列25构成。
所述矩形缝隙阵列25，由矩形缝隙分别沿缝隙的长边和短边方向周期排列构成，且沿缝隙的长边和短边方向的周期长度不等，短边方向的周期长度小于长边方向的周期长度。
所述馈源1采用微带贴片或波导喇叭或其变型结构。
所述馈源1的极化方向与矩形缝隙23的长边方向垂直。
由所述馈源1为四个，且该四个馈源通过单脉冲馈电网络相连构成单脉冲馈电机制。
所述部分反射表面21与接地板22之间的距离满足
Figure 442445DEST_PATH_IMAGE001
，的谐振条件，其中
Figure 779885DEST_PATH_IMAGE002
为中心频率电磁波的自由空间波长，n为整数。
所述谐振腔2的连接部由金属板构成。
部分反射表面与接地板之间设有间隙。矩形缝隙阵列，由矩形缝隙分别沿矩形的长边和短边方向周期排列构成，且沿矩形的长边和短边方向的周期长度P y与P x不等。短边方向的周期长度P x小于长边方向的周期长度P y。长边方向的周期长度P y为设计中心频率的自由空间波长的0.3～0.4倍。接地板与部分反射表面之间的距离满足
Figure 423356DEST_PATH_IMAGE003
，其中
Figure 758523DEST_PATH_IMAGE002
为中心频率电磁波的自由空间波长。所述馈源由微带贴片或波导喇叭或其变型结构构成。当馈源所辐射的电磁波的极化方向与部分反射表面刻蚀的矩形缝隙的长边方向垂直，同时实现高增益。
参见图1和图2，本实用新型提供的可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线，包括谐振腔包括上部、下部和将上部与下部连接的连接部。馈源位于谐振腔中。
其中，谐振腔的上部为刻蚀缝隙阵的金属板构成的部分反射表面21，下部为接地板22；部分反射表面21与接地板22之间设有间隙24。
部分反射表面与接地板之间设有间隙满足
Figure 300494DEST_PATH_IMAGE003
的谐振条件。
参见图3部分反射表面21由矩形缝隙25分别沿矩形的长边和短边方向周期排列构成。且沿矩形的长边和短边方向的周期长度不等。短边方向的周期长度小于长边方向的周期长度。
参见图4 部分反射表面21由矩形缝隙25分别沿矩形的长边和短边方向周期排列构成。矩形缝隙25的长度为l y，宽度为l x；P X为部分反射表面周期单元沿x方向的周期长度，P y为部分反射表面周期单元沿y方向的周期长度。
参见图5 馈源相对于接地板的位置示意。四个微带贴片或波导喇叭或其变型结构构成的馈源在空间上通过形成单脉冲机制的馈电网络相连，从而实现单脉冲机制。
参见图6～图9为本实用新型提供的可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线的性能曲线。图6，图7分别为可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线在设计频率和波束的E面和H面方向图；图8，图9为可实现单脉冲机制的全金属单脉冲谐振天线在设计频率的E面差波束和H面差波束方向图；上述曲线是在上述给定条件下得出的，若改变结构参数等也可以与之相似的曲线。曲线通过计算机模拟仿真得到，可选用的仿真软件有如Ansoft公司的HFSS、CST公司的Microwave Studio CST等高频仿真软件。
本实用新型可延拓涵盖： 当馈源辐射的电磁波的极化取向为左/右圆极化时，通过选取与之相匹配的缝隙结构（如十字型缝隙或圆形缝隙）即实现高增益，同时
结合单脉冲馈电机制也可实现具有圆极化的单脉冲全金属单脉冲谐振天线。
便于说明各结构参数的设计过程，以下表述基于给定的结构参数，但这并不失一般性。给定参数：矩形缝隙25的l x＝1.0mm, l y＝8.2mm, 沿长边x方向的周期长度P X=4.5mm，沿短边y方向的周期长度P y＝12mm，。馈源位于谐振腔中。中心工作频率f＝14GHz。接地板22与部分反射表面21之间的距离为11mm，满足: ，其中
Figure 939602DEST_PATH_IMAGE002
为中心频率电磁波的自由空间波长。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (8)

1.一种全金属单脉冲谐振天线，包括馈源（1）、谐振腔（2）、单脉冲馈电网络（3），其特征在于：
谐振腔（2）的上部为刻蚀缝隙阵的金属板构成的部分反射表面（21），下部为接地板（22）；部分反射表面（21）与接地板（22）之间的四周由金属板（23）连接，在部分反射表面（21）、接地板（22）与金属板（23）之间形成间隙（24）；馈源（1）位于谐振腔（2）中；
接地板（22）包括内表面和与内表面相对的外表面，接地板（22）的内表面与部分反射表面（21）相对设置；单脉冲馈电网络（3）位于谐振腔（2）的接地板的外表面，在单脉冲馈电网络的末端通过金属探针与馈源(1)相连。
2. 根据权利要求1所述的全金属单脉冲谐振天线，其特征在于：所述部分反射表面（21）上的缝隙阵为矩形缝隙阵列（25）。
3.根据权利要求2所述的全金属单脉冲谐振天线，其特征在于：所述矩形缝隙阵列（25），由矩形缝隙分别沿缝隙的长边和短边方向周期排列构成，且沿缝隙的长边和短边方向的周期长度不等，短边方向的周期长度小于长边方向的周期长度。
4.根据权利要求1所述的全金属单脉冲谐振天线，其特征在于：所述馈源（1）采用微带贴片或波导喇叭或其变型结构。
5.根据权利要求1所述的全金属单脉冲谐振天线，其特征在于：所述馈源（1）的极化方向与矩形缝隙（25）的长边方向垂直。
6. 根据权利要求1所述的全金属单脉冲谐振天线，其特征在于：所述馈源（1）为四个，且该四个馈源通过单脉冲馈电网络相连构成单脉冲馈电机制。
7.根据权利要求1所述的全金属单脉冲谐振天线，其特征在于：所述部分反射表面（21）与接地板（22）之间的距离满足                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，的谐振条件，其中为中心频率电磁波的自由空间波长，n为正整数。
8. 根据权利要求1所述的全金属单脉冲谐振天线，其特征在于：所述谐振腔（2）的连接部由金属板构成。
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