CN202495574U - 脊波导宽边“v”字形缝隙天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及脊波导宽边“V”字形缝隙天线。该天线的辐射波导管的上面宽边金属波导壁上设有等间距两个以上的辐射缝隙；其为横截面呈“凹”形的金属脊波导管，所述辐射缝隙呈“V”字形，且相邻的“V”字辐射缝隙按对称方式排列。辐射波导管一端为天线输入口，另一端封闭短路，构成波导缝隙驻波阵。本实用新型天线结构尺寸小，波导管的横截面积压缩了一半以上；可以实现全空间交叉极化抑制；该天线波导结构易于采用同样横截面的波导功分器简单的上下叠加，实现宽带波导缝隙天线阵，加工工艺好，易于与传统的波导宽边纵向辐射缝隙天线组成双极化天线阵。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种波导缝隙天线，具体是一种脊波导宽边“V”字形缝隙天线。
本实用新型既可用于接收、也可用于发射无线电波。在军事方面，可用作雷达系统的终端天线。在民用方面，可作为通信的基站天线、卫星地面移动终端天线、气象雷达天线和航空管制雷达天线等。
背景技术
随着应用与需求的快速发展，为了充分利用宝贵的频谱，双极化天线在军用和民用领域的应用也越来越广泛，因此对每种极化天线的极化纯度要求提高。除此之外，电子设备在某些具体的应用中，还有诸如体积和重量等方面的特殊要求。
波导缝隙天线阵作为发射和接收电磁信号的天线，由于其效率高、易于加工和自身强度高等优点，被广泛应用于雷动和通讯领域。
波导缝隙天线主要包括：矩形波导宽边纵向偏置长缝、倾斜缝，矩形波导窄边倾斜缝(巴拉尼兹，现代天线手册，2008)，通常在实际应用中，波导宽边缝隙天线作为垂直极化阵，而波导窄边缝隙天线作为水平极化阵使用。对于波导宽边纵向偏置长缝天线而言，由于缝隙平行一致，可以得到非常高的极化纯度；而倾斜缝天线，单根线阵情况下很难实现低交叉极化，因此在实际应用中通常需要采用线阵间反相馈电激励的方式加以抑制，这种方法，一方面需要增加移相器设备，另一方面由于不同方向存在空间相位差，在偏离侧射角θ=arcsin(λ/2d) (λ是工作频率自由空间波长，d是相邻两根线阵的中心距离)附近该方法完全实效，因此，很难实现全空间的交叉极化抑制。采用金属膜片激励 非倾斜缝可以实现极高的极化纯度(汪伟，钟顺时，等，极低交叉极化波导窄边非倾斜缝隙天线，微波与光快报，2005, 44(1): 91-93)，但是由于每个缝隙处需要成对的金属膜片，因此带来加工难度的增加。脊波导倾斜缝隙对天线可以实现极高的极化纯度、加工工艺好（汪伟，张洪涛，等，脊波导倾斜缝隙对天线，实用新型专利，专利申请号：200910184962.6），但是由于金属波导管中央是一条狭长的缝隙，因此加工倾斜缝隙时，加工精度差，并且这条狭长的缝隙上也有电流辐射，这对于组成双极化天线来说，影响垂直极化天线的辐射特性，会使垂直极化天线的波瓣宽度变宽，方向系数降低。
总之，以上介绍的水平极化波导缝隙天线要么体积较大、交叉极化较高；要么难于与垂直极化天线组成双极化天线阵。
发明内容
本实用新型目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种剖面低、体积小、结构简单、易加工、实现全空间交叉极化抑制，且易于组成双极化天线的脊波导宽边“V”字形缝隙天线。
本实用新型在现有脊波导倾斜缝隙对天线的基础上，通过结构改进实现天线在辐射单元级（辐射缝隙）交叉极化抑制，降低加工难度，易于与传统的波导宽边纵向辐射缝隙天线组成双极化天线阵，具体的结构改进技术方案如下：
脊波导宽边“V”字形缝隙天线，包括辐射波导管（1），辐射波导管（1）的上面宽边波导壁（3）上设有等间距两个以上的辐射缝隙（2），其中，所述辐射波导管（1）为横截面呈“凹”形的金属脊波导管，所述的辐射缝隙（2）呈“V”字形，且相邻辐射缝隙对称排列，辐射缝隙（2）的单侧与所述辐射波导管（1）纵向中心线之间的夹角0°﹤θ﹤90°；
所述辐射波导管（1）一端为天线输入口、另一端封闭短路，构成脊波导宽边“V”字形缝隙驻波阵。
所述辐射波导管（1）为对称的单脊波导。
所述辐射缝隙（2）宽度范围为1-3毫米，所述辐射缝隙（2）中间深度小于所述金属脊波导管的深度，外端深度小于所述金属脊波导管的高度。
与传统技术相比，本实用新型的有益技术效果体现在以下方面：
１、采用金属脊波导管作为辐射波导管，有效减小了天线的尺寸，波导管的横截面积压缩了一半以上；
2、与传统的波导窄边倾斜缝隙天线阵相比，“V”字形缝隙上的电流垂直分量互相抵消，水平分量互相加强，实现了全空间交叉极化抑制。
3、在“凹”形单脊金属波导管上宽边金属壁上开“Ｖ”字缝隙作为辐射单元，与在“凹”形单脊金属波导管两侧上突的金属壁上开对称的倾斜缝隙对天线相比，由于少了波导管中央的狭长缝隙，加工难度大大降低，组成双极化天线时，不影响垂直极化天线的辐射特性；
4、该天线波导结构易于采用同样截面波导的功分器简单的上下叠加，实现宽带波导缝隙天线阵，加工难度低。
附图说明
图1为本实用新型所述天线外观立体效果图；
图2为本实用新型所述天线辐射缝隙局部放大图；
图3为本实用新型所述天线辐射波导管的横截面示意图；
图4为本实用新型所述天线的俯视示意图；
图5为本实用新型所述天线A-A方向的示意图；
图6为本实用新型所述天线仰视图；
图7为本实用新型5×7辐射单元天线阵示意图。
图8为本实用新型5×7辐射单元天线阵方向图及交叉极化性能。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
工作于波段的均匀分布的5×7个辐射单元波导缝隙驻波阵，辐射波导管1的一端5为天线输入口，另一端6封闭短路，参见图7所示，单根辐射天线阵由7个“V”字辐射缝隙，其它结构参数如图1至图6所示。工作中心频率为f0，下边频为fL，上边频为fH，本实施例分别选择9.6、9.0、10.2GHz。
辐射波导横截面是“凹”形的对称单脊辐射波导管1，其宽度为a，高度为b，金属脊4宽度为Rw，高度为Rh。
辐射波导管1一端5为信号输入口，另一端6为金属波导壁封闭，即短路，距离最后一个“V”字缝隙间距为Lsh。
“V”字形缝隙辐射单元是开在对称单脊辐射波导管1上宽边波导壁3上，缝隙倾角为θ，关于波导管纵向中心镜像对称。
本实施例天线沿波导纵向分布7个“V”字缝隙，相邻“V”字缝隙之间中心距离Ls为0.5波导波长，两者按其中心对称面镜像对称排列，如图4所示。
“V”字缝隙单侧缝隙切入金属脊内的深度为L3，切入外侧波导壁的深度为L2，上宽边波导壁上的长度为L1，缝宽为Ws，如图2至图6所示。
具体参数确定如下：
由天线阵实际需要，确定脊波导宽度a，其选择范围为：0＜a≤0.9λ H(λH是上变频自由空间波长)，本实施例为0.442λH；天线高度选择范围为：0＜a≤0.5λH，金属脊宽度Rw选择范围为：0＜Rw＜a，金属脊高度Rh选择范围为：0＜Rh＜b，天线高度b、金属脊宽度Rw和金属脊高度Rh三者相关联，选择以工作频带在波导管内传输而不被截止为准则，同时考虑机械加工能力和加工精度条件限制等因素，该参数计算方法为本专业设计人员所熟知，此处不再赘述，本实施例优选为：b=0.218λ0，Rw=0.138λ0，Rh=0.115λ0（λ0是中心频率自由空间波长）。
缝隙倾角θ以七个“V”字缝隙之和为1作为设计准则，该参数的计算方法 为本专业设计人员所熟知，本实施例为26.2°，斜缝尺寸：L1=0.5*a/sinθ，0＜L3＜Rh，优选为0.102λ0；0＜L2＜b，优选为0.206λ0，“V”字缝隙单边尺寸总长度为L1+L2为0.46λ0。
缝宽约为0.1*（L1+L2），本实施例优选为2mm。
相邻“V”字缝隙辐射单元的中心距离0＜Ls＜0.9λH，以天线不出现栅瓣为选择准则，等于0.5λg0（λg0是中心频率波导波长），本实施例优选为0.81λ0，波导管封闭终端与其相邻“V”字缝隙辐射单元中心间距Lsh=0.25λg0。
金属波导壁厚度t以加工能力确定，优选为0.8mm。
该实用新型实施例七单元天线E面和H面典型辐射方向图和交叉极化性能参见图8所示，可以看出在两个切面交叉极化电平低于主极化电平48dB以上，实现了很好的交叉极化抑制。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，如对称双脊波导“V”字形缝隙天线，不对称单/双脊波导“V”字形缝隙天线，以及该类缝隙用于终端接匹配负载的行波天线等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.脊波导宽边“V”字形缝隙天线，包括辐射波导管（1），辐射波导管（1）的上面宽边波导壁（3）上设有等间距两个以上的辐射缝隙（2），其特征在于：所述辐射波导管（1）为横截面呈“凹”形的金属脊波导管，所述辐射缝隙（2）呈“V”字形，且相邻辐射缝隙对称排列，所述辐射缝隙（2）的单侧与所述辐射波导管（1）纵向中心线之间的夹角0°﹤θ﹤90°；
所述辐射波导管（1）一端为天线输入口、另一端封闭短路，构成脊波导宽边“V”字形缝隙驻波阵。
2.根据权利要求1所述的脊波导宽边“V”字形缝隙天线，其特征在于：所述辐射波导管（1）为对称的单脊波导。
3.根据权利要求1所述的脊波导宽边“V”字形缝隙天线，其特征在于：所述辐射缝隙（2）的宽度范围为1-3毫米，所述辐射缝隙（2）中间深度小于所述金属脊波导管的深度，外端深度小于所述金属脊波导管的高度。
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