CN211208678U

CN211208678U - Ku频段宽频带波导裂缝天线

Info

Publication number: CN211208678U
Application number: CN201921154520.2U
Authority: CN
Inventors: 钱俊辉; 许小玲; 王书斌; 谢兰军; 游志平
Original assignee: Lingbayi Electronic Group Co ltd
Current assignee: Lingbayi Electronic Group Co ltd
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2029-07-23

Abstract

本实用新型公开的一种Ku频段宽频带波导裂缝天线，旨在提供一种剖面更低，更具小型化，更宽的波导裂缝天线。本实用新型通过下述技术方案实现：辐射波导层作为天线整体的第一层，第二层子阵馈电层通过耦合波导将天线划分为八个子阵，每个子阵分别对馈电裂缝（9）、辐射波导（6）进行馈电；第三层功分网络层连接第四层盖板形成完整的波导功分馈电网络，并且四层盖板将第一层，第二层、第三层功分网络和天线阵面限制在天线口径面内，第三层功分网络层通过天线馈电输出口（12）对整个天线进行馈，并通过馈电波导（11）对子阵分别进行加权，从而对整个天线E面进行加权。本实用新型的天线形式还可扩展为圆极化或单脉冲天线。

Description

Ku频段宽频带波导裂缝天线

技术领域

本实用新型涉及一种Ku频段宽频带波导裂缝天线。

背景技术

缝隙天线的重量轻、体积小，具有较低的剖面结构，易于与安装物体共形。波导裂缝阵列天线因其低剖面，效率高，易实现共形。缝隙阵列天线的口径面幅度分布容易控制，口径面效率高，可以实现低副瓣或极低副瓣。同时，缝隙天线还有结构紧凑、易于加工、馈电方便、架设简单等优势。缝隙天线一般用于微波波段的雷达、导航、电子对抗和通信等设备中，并因能制成共形结构而特别适宜于用在高速飞行器上。缝隙天线因其特点而被广泛应用于地面、舰载、机载、导航、气象、港管、信标和弹载雷达以及移动通信、卫星广播等领域。随着共形天线的理论和实践的发展，缝隙天线的使用将占有更加重要的地位。但缝隙天线带宽较窄，很小的缝隙加工误差会导致测试结果变坏，甚至会谐振偏移。由于加工精度不高，总会产生制造误差引起电性能的改变。另外理论处理所假定的条件与实际不完全一致，也会引起误差，使得天线最终实测结果与仿真存在很大的偏差。缝隙天线阵元的形式多种多样，这是由于波导场分布的特点使单个缝隙天线（阵元）的位置比较灵活，甚至只要附加适当的激励元件，就可使在不同辐射位置上的缝隙也变成辐射元。通常为了增强缝隙天线的方向性，在圆波导侧壁上按一定规律开多条尺寸相同的缝隙，即构成圆波导缝隙天线阵。波导缝隙全向天线，传统的设计方法主要有三种，第一种是单根矩形波导双面开设辐射缝隙的全向天线，这种种天线增益可达10dB以上，但是水平不圆度较差，在水平面增益差达2dB以上。第二种是由梯形波导缝隙天线组成的圆环阵，增益可以达到10dB以上，方位面不圆度小于6.5dB，这种中心馈电的波导缝隙圆环阵，结构复杂，加工难度较大。第三种是在圆波导的侧壁上开凿纵向辐射缝隙，通过调谐激励探针的方法来激励辐射缝隙，从而实现全向天线的性能，这种全向天线的不圆度较好，但是其增益一般只能做到5dB以下，并且结构比较复杂。

发明内容

本实用新型的任务是基于现有技术存在不足，提供一种剖面更低，更具小型化，更宽的频带宽度的Ku频段宽频带波导裂缝天线。

本实用新型的目的可以通过下述技术方案予以实现，一种Ku频段宽频带波导裂缝天线，包括：辐射波导裂缝层，子阵馈电层和波导功分网络层，其特征在于：辐射波导层作为天线整体的第一层，第二层子阵馈电层通过耦合波导将天线划分为八个子阵，每个子阵分别对馈电裂缝9、辐射波导6进行馈电；第三层功分网络层连接第四层盖板形成完整的波导功分馈电网络，并且四层盖板将第一层，第二层、第三层功分网络和天线阵面限制在天线口径面内，第三层功分网络层通过天线馈电输出口12对整个天线进行馈，并通过馈电波导11对子阵分别进行加权，从而对整个天线E面进行加权。

本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果：

剖面更低，更具小型化。本实用新型将天线阵面（包含所有馈电网络）限制在天线口径面内，即保证低剖面的同时，天线阵面的大小小于天线的口径面（即第一层天线辐射裂缝层）。为实现天线的高度集成化，将功分网络全部集成在天线上，天线辐射面以及整个馈电功分网络采用焊接的方式连接在一起，实现整个天线的高度集成，保证了天线的低剖面特性，从而做到体积小，重量轻。与传统波导缝隙天线相比,天线具有更低的剖面, 且设计更容易、加工更简单。

具有更宽的频带宽度。本实用新型经过详细的仿真计算，最终确定将40根垂直放置的具有辐射裂缝的波导划分为8个子阵，每个子阵5根波导，从而使得天线的频带宽度得到了一定程度的展宽，得到了一个较宽的频带范围。与传统波导缝隙天线相比,天线具有更宽的频带、更高的效率仿真结果表明，天线各方面性能优异，能够很大程度上取代目前广泛采用的传统波导缝隙阵天线，另外，天线形式还可扩展为圆极化或单脉冲天线。

成本低。本实用新型将波导功分馈电网络和天线阵面限制在天线口径面内，形成通过馈电口8对整个天线进行馈电波的导功分馈电网络，对于原来采用的功分器和电缆级联起来的功分网络，减少了功分器的调试测试和配相等工作，使得小型Ku频段宽频带波导裂缝天线装配完成后无需进行调试工作，即可使用。由于省去了天线的调试工作，而降低了天线研制的成本。同时本实用新型将天线4层结构件加工好后依次序焊接或者螺接即可，成本可控制在较低程度。

附图说明

图1是本实用新型Ku频段宽频带波导裂缝天线正面的逐层局部剖视图。

图2是图1的侧视图。

图3是图1第一层辐射裂缝板的三维示意图。

图4是图3的后视图。

图5是图1第二层子阵馈电板的三维示意图。

图6是图1第三层功分网络板的三维示意图。

图7是图1第四层盖板的三维示意图。

图8本实用新型Ku频段宽频带波导裂缝天线驻波仿真结果图。

图中：1辐射裂缝板，2子阵馈电板，3波功分网络板，4盖板，5辐射缝隙，6辐射波导，7耦合缝隙，8耦合波导槽，9.馈电裂缝，10．E面折弯，11.馈电波导，12.天线馈电输出口，13.波导功分网络，14.负载。

具体实施方式

参阅图1、图2。在以下描述的优选实施例中，一种Ku频段宽频带波导裂缝天线，包括：辐射波导裂缝层，子阵馈电层和波导功分网络层，其中辐射缝隙5以竖向排列于天线阵面，辐射缝隙板背面开耦合波导槽8和耦合缝隙7。辐射波导层作为天线整体的第一层，第二层子阵馈电层通过耦合波导将天线划分为八个子阵，每个子阵分别对馈电裂缝9、辐射波导6进行馈电；第三层波导功分网络13将功率按一定比例分配给8个馈电波导11，第三层波导功分网络13连接第四层盖板4形成完整的波导功分馈电网络，第三层功分网络层通过天线馈电输出口12对波导功分网络13进行馈电，并通过馈电波导11分别对子阵进行加权，从而对整个天线E面进行加权。整个天线的装配按辐射裂缝板1、子阵馈电板2、波功分网络板3、盖板4的次序自上到下焊接或者螺接而成。

参阅图3。第一层辐射裂缝板1可以是在一块长小于600mm，宽小于150mm，厚小于20mm的铝板板材上沿宽度方向制有40个列阵排列的波导腔体。在其正面按仿真模型参数制有400条辐射缝隙5。在板材反面制有耦合缝隙7。之所以选择这样的结构形式和加工方式是基于减少结构分层数量的考虑。如采用铣槽加盖形式，将增加一层分层，从而增加了装配配合的难度。采用设计中的线切割腔体形式，则二层合二为一，减少了装配复杂度。再则板宽度方向尺寸在150mm以内，对于线切割来说比较容易达到，没有工艺和技术瓶颈。辐射裂缝板是整个波导缝隙腔体的基础，同时也是子阵馈电板、功分网络板的安装载体，是整块天线刚强度的基础。因此在背面除了馈电的缝隙外，还设计有减重槽和加强筋，以及安装功分网络板的螺纹孔，如需焊接则需要确定相应的焊接工艺线。

参阅图3～图7。第二层子阵馈电板2、第三层功分网络板3和第四层盖板4则使用铝板铣削加工即可，安装时步骤为：第二层子阵馈电板2与第一层辐射裂缝板1进行螺接或者焊接；第三层功分网络板3螺接或者焊接在第二层子阵馈电板2的背面；第四层盖板4螺接或者焊接在第三层功分网络板3的背面，即可完成天线的装配。

参阅图8。利用Ansoft HFSS仿真软件对本实用新型Ku频段小型宽频带波导裂缝天线进行设计仿真，驻波曲线如图所示，方向图仿真结果如表1所示。驻波的大小可以很好的看出天线馈电口能量反射的大小，从而反应出天线效率的高低。从图可以看出，天线驻波频带内优于2.1，可以满足使用要求。

表1 天线仿真结果

频率（GHz）	增益（dB）	E面波宽(°)	H面波宽(°)	E面副瓣（dB）	H面副瓣（dB）
						16.1	31.13	2.17	10.24	-27.6	-28
16.15	31.17	2.16	10.26	-29.9	-28
						16.2	31.19	2.15	10.24	-30.3	-28.3
16.25	31.21	2.14	10.21	-29.6	-28.4
						16.3	31.23	2.13	10.18	-29	-28.1
16.35	31.24	2.12	10.15	-28.6	-27.7
						16.4	31.25	2.11	10.12	-28.5	-27.2
16.45	31.27	2.1	10.08	-27.5	-26.6
						16.5	31.29	2.09	10.02	-25.9	-26.1

。由于天线波导馈电功分网络设计的需要，使用了波导分支线耦合器来完成大功率比功分器的设计。波导分支线耦合器属于四端口元件，应用于功率分配时就会有一个负载口，需要在其接口处接一个吸波负载。负载14采用导电胶直接粘连在波导腔体内即可，此步骤需最先完成。

以上所述仅是本实用新型的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，类似的同类结构的等效变换，均落入本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种Ku频段宽频带波导裂缝天线，包括：辐射波导裂缝层，子阵馈电层和波导功分网络层，其特征在于：辐射波导层作为天线整体的第一层，第二层子阵馈电层通过耦合波导将天线划分为八个子阵，每个子阵分别对馈电裂缝（9）、辐射波导（6）进行馈电；第三层功分网络层连接第四层盖板形成完整的波导功分馈电网络，并且四层盖板将第一层，第二层、第三层功分网络和天线阵面限制在天线口径面内，第三层功分网络层通过天线馈电输出口（12）对整个天线进行馈，并通过馈电波导（11）对子阵分别进行加权，从而对整个天线E面进行加权。

2.如权利要求1所述的Ku频段宽频带波导裂缝天线，其特征在于：整个天线按辐射裂缝板（1）、子阵馈电板（2）、波功分网络板（3）、盖板（4）的次序自上到下焊接或者螺接而成。

3.如权利要求1所述的Ku频段宽频带波导裂缝天线，其特征在于：第一层辐射裂缝板（1）是在一块铝板板材上沿宽度方向制有至少40个列阵排列的波导腔体。

4.如权利要求1所述的Ku频段宽频带波导裂缝天线，其特征在于：在第一层辐射裂缝板（1）正面按仿真模型参数制有至少400条辐射缝隙（5）；在板材反面制有耦合缝隙（7）。

5.如权利要求2所述的Ku频段宽频带波导裂缝天线，其特征在于：辐射裂缝板（1）是整个波导缝隙腔体的基础，同时也是子阵馈电板、功分网络板的安装载体。

6.如权利要求1所述的Ku频段宽频带波导裂缝天线，其特征在于：第二层子阵馈电板（2）固联第一层辐射裂缝板（1）；第三层功分网络板（3）固联在第二层子阵馈电板（2）的背面；第四层盖板（4）固联在第三层功分网络板（3）的背面。

7.如权利要求1所述的Ku频段宽频带波导裂缝天线，其特征在于：辐射缝隙（5）以竖向排列于天线阵面，辐射缝隙板背面开耦合波导槽（8）和耦合缝隙（7）。