CN212848854U - 一种半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，所述平板天线包括馈电网络、耦合阵列及包括辐射波导阵列腔体和辐射缝隙阵面的辐射波导阵列；所述辐射波导阵列腔体的辐射波导的终端金属短路面的两侧开设有用于残余焊料倒出的间隙口。本实用新型利用间隙口在不影响波导缝隙阵列平板天线正常工作的条件下，使残余焊料从所述间隙口倒出，克服了现有的波导缝隙阵列平板天线由于辐射裂缝尺寸过小无法将残余焊料完全清除影响成品率和由于辐射波导内部积水不易排出影响天线性能的技术缺陷，提高了波导缝隙阵列平板天线的成品率和工作性能。

Description

一种半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，特别涉及一种半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线。

背景技术

传统的波导缝隙阵列平板天线由辐射波导、耦合波导、馈电网络组成如图1和2所示，传统的波导缝隙阵列平板天线由多层结构组成，其中，第1层为辐射波导层，由多根按照宽边方向并排放置的辐射波导组成，在每根辐射波导的一侧宽边开有辐射裂缝。在每根辐射波导上，其辐射裂缝间距为半个波导波长，辐射裂缝得长度约为半个波导波长。为保证相邻两个辐射裂缝辐射场同相叠加，相邻的两个辐射裂缝相对于波导宽边中心线对称放置。其辐射波导通常采用终端短路的半高波导实现，相邻的辐射波导共用窄边，是一种终端封闭的结构。

耦合波导的放置方向与辐射波导放置方向垂直。辐射波导的另一侧宽边与耦合波导交叉的位置开有耦合裂缝，用于耦合波导和辐射波导之间的电磁场耦合。耦合裂缝为位于波导中心线的倾斜裂缝，其长度通常约为半个波导波长，通过调整耦合裂缝相对于耦合波导宽边中心线的倾斜角度，可以调整耦合强度。

馈电网络通常多个波导T型接头组合实现，用于发射状态时将发射机产生的大功率微波信号进行功率分配，实现对每根耦合波导馈电；然后在通过耦合波导的耦合裂缝，对每根辐射波导馈电，由辐射波导通过辐射裂缝向空间辐射。用于接收状态时，入射到天线孔径面上的电磁波通过辐射裂缝耦合进入辐射波导，然后通过耦合裂缝耦合进入耦合波导，经过馈电网络进行功率合成后，输出到接收机进行处理。

传统的波导缝隙阵列平板天线由于厚度薄、重量轻，采用机械方式扫描时波束不随扫描方向变化等优点，在雷达导引头、机载雷达等领域有着广泛的应用。

传统的波导缝隙阵列平板天线由于其性能对波导尺寸、波导内壁粗糙度要求较高，因此在加工时，通常需要采用真空钎焊焊接。首先，将辐射波导阵列腔体和辐射缝隙阵面采用精密机械加工设备分别整体加工成型，然后采用真空钎焊设备，利用焊料将辐射波导阵列腔体和辐射缝隙阵面整体焊接而成。焊接成型后，由于残余焊料存在于辐射波导腔体中，需要通过超声波清洗设备进行清洗，将多余的焊料通过辐射裂缝倒出。由于辐射裂缝尺寸约为半个波导波长，在微波波段甚至毫米波波段时，辐射裂缝尺寸往往较小，清洗时容易造成清洗不彻底，残留的焊料影响了波导内部结构，造成天线电性能的下降甚至不合格，因此成品率往往不高，生产成本较高。

另外，当传统的波导缝隙阵列平板天线在非密封场景下使用时，由于天线暴露在空气中，当空气湿度较大，温度变化剧烈时，波导内部空气流通不畅，容易造成波导内部空气中的水蒸气冷凝，形成辐射波导内壁积水且不容易排出，由于水对电磁波有较大的衰减，会造成天线性能恶化甚至故障，影响天线工作可靠性。通常可以采用介质材料对辐射裂缝进行填充来解决，但是生产工艺相对复杂，生产成本相应增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，以克服现有的波导缝隙阵列平板天线由于辐射裂缝尺寸过小无法将残余焊料完全清除影响成品率和由于辐射波导内部积水不易排出影响天线性能的技术缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，所述平板天线包括馈电网络、耦合阵列及包括辐射波导阵列腔体和辐射缝隙阵面的辐射波导阵列；

所述辐射波导阵列腔体的辐射波导的终端金属短路面的两侧开设有用于残余焊料倒出的间隙口。

可选的，所述间隙口的宽度为辐射波导的终端金属短路面的宽边长度的十分之一，所述间隙口的高度为辐射波导的终端金属短路面的窄边长度。

可选的，所述辐射缝隙阵面上开设多个辐射缝隙；

相邻两个所述辐射缝隙的横向距离和纵向距离均为波导波长的一半；

多个所述辐射缝隙中距离终端金属短路面最近的辐射缝隙与终端金属短路面的距离为波导波长的四分之一。

可选的，所述辐射缝隙阵面的边缘形状与天线口径面形状一致。

可选的，所述辐射波导阵列腔体的边缘形状与辐射缝隙阵面的边缘形状一致。

可选的，辐射波导阵列腔体的每个辐射波导的中央位置设置有中央金属短路面。

可选的，所述辐射缝隙阵面和辐射波导阵列腔体通过真空钎焊焊接。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型公开了一种半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，所述平板天线包括馈电网络、耦合阵列及包括辐射波导阵列腔体和辐射缝隙阵面的辐射波导阵列；所述辐射波导阵列腔体的辐射波导的终端金属短路面的两侧开设有用于残余焊料倒出的间隙口。本实用新型利用间隙口在不影响波导缝隙阵列平板天线正常工作的条件下，使残余焊料从所述间隙口倒出，克服了现有的波导缝隙阵列平板天线由于辐射裂缝尺寸过小无法将残余焊料完全清除影响成品率和由于辐射波导内部积水不易排出影响天线性能的技术缺陷，提高了波导缝隙阵列平板天线的成品率和工作性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的传统的波导缝隙阵列平板天线的结构图；

图2为本实用新型提供的传统的波导缝隙阵列平板天线的辐射波导阵列示意图；

图3为本实用新型提供的半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线的辐射波导阵列腔体的结构示意图；

图4为本实用新型提供的半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线的辐射波导阵列的爆炸示意图；

图5为本实用新型提供的半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线的辐射波导阵列的立体结构图；

图6为本实用新型提供的半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线的辐射波导阵列的终端金属段路面的结构示意图；

图7为本实用新型提供的半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线的辐射波导阵列的参数图；图7(a)为辐射缝隙阵面的参数图，图7(b)为辐射波导阵列腔体的终端金属短路面的参数图；

附图说明：1为辐射波导阵列腔体，1-1为辐射波导，1-2为中央金属短路面，1-3为终端金属短路面，2为辐射缝隙阵面，2-1为辐射缝隙，3为间隙口。

具体实施方式

本实用新型的目的是提供一种半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，以克服现有的波导缝隙阵列平板天线由于辐射裂缝尺寸过小无法将残余焊料完全清除影响成品率和由于辐射波导内部积水不易排出影响天线性能的技术缺陷。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对实用新型作进一步详细的说明。

如图3-图6所示，本实用新型提供一种半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，所述平板天线包括馈电网络(图3-图6中未示出)、耦合阵列(图3-图6中未示出)及包括辐射波导阵列腔体1和辐射缝隙阵面2的辐射波导阵列；所述辐射波导阵列腔体的辐射波导的终端金属短路面1-3的两侧开设有用于残余焊料倒出的间隙口3。

其中，耦合阵列和馈电网络可以按照与传统波导缝隙阵列平板天线相同的结构设计。耦合阵列与辐射波导阵列正交放置，通过公共边上的耦合裂缝实现电磁波耦合，如图1所示耦合裂缝是位于耦合阵列波导宽边中心线上的倾斜裂缝，馈电网络只与耦合阵列连接，与辐射波导阵列腔体不直接连接。馈电网络与耦合阵列的连接通过波导HT接头结构连接。

根据天线工作波段，按照国标矩形波导选择辐射波导尺寸；为减少天线厚度，将对应的国标波导尺寸窄边高度减半，设计成半高辐射波导，如图7(b)所示，其宽边和窄边尺寸分别为a、b。

当天线工作中心频率对应的工作波长为λ₀时，对应的波导波长可以根据下式计算得到

如图7(a)所示，辐射缝隙阵面上辐射缝隙2-1的宽度W，长度L和偏移量x，采用有源导纳法，利用计算机优化设计实现，为现有的方式，此处不在赘述。如图7(a)所示，相邻辐射缝隙沿辐射波导纵向和垂直于波导纵向方向的间距dx，dy均为半个波导波长，即dx＝dy＝λ_g/2；辐射波导1-1公共窄边厚度δ＝λ_g/2-a；距离波导终端最近的辐射缝隙与波导终端的距离为ds＝λ_g/4。辐射缝隙阵面的边缘形状与天线口径面形状一致，辐射缝隙的数量为半个波导波长间距条件下能填充满天线口径面的最大数量。

辐射波导阵列腔体1由多根按照宽边方向并排放置的辐射波导1-1组成，辐射波导阵列腔体设计尺寸参数与辐射缝隙阵面设计尺寸参数一致。为获得和差波束，在每个辐射波导1-1中央位置设计有中央金属短路面1-2，用以实现两个半平面的馈电隔离。每根辐射波导的终端金属短路面1-3采用半封闭结构实现，即在辐射波导的终端金属短路面1-3上，靠近两侧窄边位置设计有宽度为Wp＝a/10，高度为b的间隙口3。

辐射缝隙阵面和辐射波导阵列腔体通过真空钎焊实现焊接连接，焊接后如图5和6所示。

由于在辐射阵列的终端金属短路面1-3设计了间隙口3，间隙口尺寸为Wp＝a/10，根据矩形波导的场分布特性，矩形波导中的电场沿波导宽边为半驻波分布，中间最强，两边最弱，尽管间隙口的存在使得部分能量通过间隙口泄露，但是泄露的能量仅占约2％左右，对天线增益和副瓣天平的影响很小，属于工程上可以接受的范围。

间隙口的设计为真空钎焊焊接加工带来非常大的方便，真空钎焊工艺完成进行超声波清洗时，残余的焊料可以通过间隙口排出，改善了清洗效果，提高了产品成品率，降低了生产成本。

间隙口的设计也提高了产品的可靠性，当波导缝隙阵列平板天线在非密封场景下使用时，由于天线暴露在空气中，当空气湿度较大，温度变化剧烈时，间隙口的存在有利于改善波导内外气压平衡，使得空气流畅，减少了水蒸气的冷凝；同时，如果由于冷凝形成积水，也容易通过间隙口排出；避免由于冷凝积水引起的天线性能下降、故障及失效，提高了产品的可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，其特征在于，所述平板天线包括馈电网络、耦合阵列及包括辐射波导阵列腔体和辐射缝隙阵面的辐射波导阵列；

所述辐射波导阵列腔体的辐射波导的终端金属短路面的两侧开设有用于残余焊料倒出的间隙口。

2.根据权利要求1所述的半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，其特征在于，所述间隙口的宽度为辐射波导的终端金属短路面的宽边长度的十分之一，所述间隙口的高度为辐射波导的终端金属短路面的窄边长度。

3.根据权利要求1所述的半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，其特征在于，所述辐射缝隙阵面上开设多个辐射缝隙；

相邻两个所述辐射缝隙的横向距离和纵向距离均为波导波长的一半；

多个所述辐射缝隙中距离终端金属短路面最近的辐射缝隙与终端金属短路面的距离为波导波长的四分之一。

4.根据权利要求1所述的半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，其特征在于，所述辐射缝隙阵面的边缘形状与天线口径面形状一致。

5.根据权利要求1所述的半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，其特征在于，所述辐射波导阵列腔体的边缘形状与辐射缝隙阵面的边缘形状一致。

6.根据权利要求1所述的半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，其特征在于，所述辐射波导阵列腔体的每个辐射波导的中央位置设置有中央金属短路面。

7.根据权利要求1所述的半封闭结构的波导缝隙阵列平板天线，其特征在于，所述辐射缝隙阵面和辐射波导阵列腔体通过真空钎焊焊接。

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