CN214153195U - 一种用于展宽行波阵频扫角范围的波导窄边频扫天线及阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于展宽行波阵频扫角范围的波导窄边频扫天线，属于天线技术领域。在普通波导窄边行波天线的基础上,通过增加漏斗型金属枝节，将普通直波导改进为一种新型的波导窄边慢波线波导，将线阵的频率扫描角范围扩展至普通波导的三倍。应用该宽角度波导窄边斜缝频扫线阵组成的波导窄边缝隙天线阵面，具有低成本、宽角度相频扫的特点，可被广泛应用于低成本、高性能的侦察雷达领域。

Description

一种用于展宽行波阵频扫角范围的波导窄边频扫天线及阵列 天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，提出了一种用于展宽行波阵频扫角范围的波导窄边频扫天线设计方法。可被广泛应用于低成本、高性能的侦察雷达领域。

背景技术

两维有源相控阵天线具有波束扫描灵活和目标测量精度高等方面的优势，但现阶段面临高成本、高功耗、散热要求高等问题。相比于两维有源相相扫天线，相频扫天线由于其低成本、可实现两维扫描等特点，近些年来被深入研究并应用。频率扫描天线形式简单、结构紧凑、成本低、波束转换速度快等优势，更利于实现系统的集成化和小型化，但其缺点是频带内可实现的扫描角度范围较小。例如在某工作频段，采用普通直波导制作而成的波导缝隙天线，在11％的带宽内频扫角范围最大约为10度，可实现的频扫角范围较小。

频率扫描天线扫描范围小的缺点，引入慢波线结构可以解决这个问题。微带慢波线、带状线慢波线、共面波导慢波线具有低剖面、轻量化的优点，所宽角度微带频扫天线阵列已经被大量的研究和应用，但此类慢波线在毫米波段损耗较大，无法满足使用要求。近年来复合左右手材料应用于频扫天线阵列，实现其低副瓣和宽角多扫描，但这种材料在工程实现较难。此外基片集成波导缝隙宽角度频扫天线阵列也成为研究的热点，但这种阵列宽度较宽，无法应用于宽角度相频扫阵列。波导慢波线损耗较低，目前已报道的集中于沿波导E面弯曲形成慢波线的方式，但这种结构形式构成的宽角度频率扫描阵列通常有体积、重量大的缺点，且无不能适用用于一维宽角度频控扫描、另一维相控扫描的天线阵列。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有频扫天线阵列频扫范围受限的问题，本发明提出了一种展宽行波阵频扫角范围的波导窄边频扫天线。

技术方案

一种用于展宽行波阵频扫角范围的波导窄边频扫天线，其特征在于在波导窄边的上下沿周期性地均匀加载漏斗型金属枝节，周期间距为d₂，在波导窄边开斜缝使得天线向空间辐射电磁波能量，开缝周期为d₁，其关系为：d₁＝2×d₂。

所述的漏斗型金属枝节由三角部分和矩形部分组成，三角部分的尺寸为h₁×b₁，矩形部分的尺寸为h₂×b₂，h为漏斗型枝节的总深度，h＝h₁+h₂；调节漏斗型金属枝节的 h₁、b₁、h₂、b₂的尺寸可以实现波导窄边慢波线的阻抗匹配，保证波导窄边缝隙天线能够将射频能量的高效辐射。

一种由所述的用于展宽行波阵频扫角范围的波导窄边频扫天线组成的阵列天线，其特征在于包括6个波导窄边频扫天线。

有益效果

本发明提出的一种展宽行波阵频扫角范围的波导窄边频扫天线，可高效扩展波导窄边斜缝频扫阵列带内的频扫角范围，应用该宽角度波导窄边斜缝频扫线阵组成的波导窄边缝隙有源天线阵面，具有低成本、宽角度相频扫的技术优势，可在工程实践中被广泛应用推广。与现有技术相比，低损耗、大频扫范围：本发明利用周期性地均匀加载漏斗型金属枝节实现了一种小型波导窄边慢波线结构，该结构具有尺寸小、低损耗的特点，同时展宽了波导窄边斜缝频扫天线的频率扫描角范围(在10.7％带宽内频扫范围为31.5度，传统波导的频扫范围为10度)。

附图说明

图1为波导窄边漏斗型慢波线结构示意图

图2为本发明的宽角度波导窄边频扫线阵组阵示意图

图3为展宽频扫角的波导窄边频扫天线带内频扫方向图曲线

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

针对传统波导窄边频扫天线的缺点，本发明通过以下结构实现低损耗、展宽频扫角范围的波导窄边频扫天线，最终组阵形成低成本、大扫描角的相频扫天线阵面。

本发明的宽角度波导窄边斜缝频扫天线在普通波导窄边行波天线的基础上，通过增加漏斗型金属枝节，将普通直波导改进为一种新型的波导窄边慢波线结构波导，将线阵的频率扫描角范围扩展了两倍。

第一步，在波导窄边的上下沿周期性地均匀加载漏斗型金属枝节(1)，周期间距为d₂，在波导窄边开斜缝使得天线向空间辐射电磁波能量，开缝周期为d₁，其关系为： d₁＝2×d₂。整个波导腔内宽边的尺寸为a，波导窄边的尺寸由线阵组阵间距d_x决定。周期性的漏斗型金属枝节(1)由三角部分(11)和矩形部分(12)组成，三角部分(11) 的尺寸为h₁×b₁，矩形部分(12)的尺寸为h₂×b₂，h为漏斗型枝节的总深度，h＝h₁+h₂。 h的大小决定了频扫角范围，h越大则固定频带内的频扫角范围越大。合理调节漏斗型枝节h₁、b₁、h₂、b₂的尺寸可以实现波导窄边慢波线的阻抗匹配，保证波导窄边缝隙天线能够将射频能量的高效辐射。参照图1、图2。

第二步，将展宽行波阵频扫角范围的波导窄边频扫天线线阵交替组阵，即沿轴线对称，目的是为了抑制交叉极化，线阵的单元间距为d_x，该参数具体由相扫维扫描角决定。参照图2。

实施例：在ku频段(频率14.2ghz到15.8ghz)10.7％的工作带宽内，取波导宽边尺寸a＝20mm，窄边尺寸b＝7mm，当波导缝隙间距d1＝12mm，得到漏斗型枝节的周期 d2＝6mm，调节h深度改变波导窄边行波天线的频率扫描范围，取h＝8mm，当h1＝3mm，h2＝5mm，b1＝5mm，b2＝1mm时，波导在该频段匹配，可高效传播电磁波。

图3为展宽频扫角的波导窄边频扫天线带内频扫方向图曲线，在10.7％的工作带宽内，频扫角范围为31.5度。

Claims (3)

1.一种用于展宽行波阵频扫角范围的波导窄边频扫天线，其特征在于在波导窄边的上下沿周期性地均匀加载漏斗型金属枝节(1)，周期间距为d₂，在波导窄边开斜缝使得天线向空间辐射电磁波能量，开缝周期为d₁，其关系为：d₁＝2×d₂。

2.根据权利要求1所述的一种用于展宽行波阵频扫角范围的波导窄边频扫天线，其特征在于所述的漏斗型金属枝节(1)由三角部分(11)和矩形部分(12)组成，三角部分(11)的尺寸为h₁×b₁，矩形部分(12)的尺寸为h₂×b₂，h为漏斗型枝节的总深度，h＝h₁+h₂；调节漏斗型金属枝节(1)的h₁、b₁、h₂、b₂的尺寸可以实现波导窄边慢波线的阻抗匹配，保证波导窄边缝隙天线能够将射频能量的高效辐射。

3.一种由权利要求1所述的用于展宽行波阵频扫角范围的波导窄边频扫天线组成的阵列天线，其特征在于包括6个波导窄边频扫天线。

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