一种脊波导一维相控阵天线的制作方法

1.本实用新型涉及相控阵天线技术领域，尤其涉及一种脊波导一维相控阵天线。


背景技术：

2.相控阵天线，即用电控方法改变阵列中辐射单元相位，使波束按要求对空间扫描的天线。相控阵天线克服了机械扫描天线惯性大，速度慢等缺点，它的馈电相位由计算机控制，相位变化速度快(毫秒量级)，因此，天线方向图最大值指向或其他参数变化迅速，是相控阵天线的最大特点。
3.随着雷达技术的发展和收发组件成本的逐渐降低，相控阵天线成为天线技术的发展趋势，但二维相控阵复杂度高、成本昂贵，依然限制了其实际应用。一维相控阵是一种折中方案，一维电扫描，一维机械扫描或固定波束指向，复杂度和成本较低，且具有低轮廓、跟踪速度快等优点。
4.一维相控阵天线设计的关键是一维线阵天线的设计。线阵天线的设计首先要满足波束扫描所需的单元间距。而相控阵天线因其扫描角度需满足条件，扫描角度越大，单元间距越小，约为0.5倍波长。在此约束条件下，可用的线阵天线多为微带贴片、振子、vivaldi等用微带印制线并联或串联组成，损耗大，效率低，且振子、vivaldi剖面较高。
5.波导缝隙阵列天线是最常用的天线形式之一，能有效地发射和接收电磁波，因其封闭传输特性，具有较高的辐射效率。综合考虑电磁波主模传输特性、传输小、传输功率大等，普通矩形波导宽边a满足传输条件，一般为。实际天线产品设计中，考虑波导加工壁厚因素，波导缝隙阵列天线的单元间距一般为波长的0.7～0.9倍。因此，普通矩形波导缝隙阵列天线只能进行机械扫描天线设计使用。在0.5倍波长间距下,对于工作频段内的电磁波普通矩形波导处于截至状态，因此普通矩形波导宽边纵缝天线无法用于相控阵天线设计，而如果采用波导窄边开缝方法进行相控阵天线线阵设计，则其阵面厚度又往往较厚，加工难度也较大。


技术实现要素：

6.鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种脊波导一维相控阵天线，用以解决现有相控阵天线辐射效率低、剖面高的问题。
7.本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：
8.一种脊波导一维相控阵天线，包括：脊波导缝隙线阵、脊波导et功分器、同轴连接器和tr组件；所述脊波导et功分器用于向所述脊波导缝隙线阵的中心馈电，且所述脊波导et功分器通过所述同轴连接器与所述tr组件连接；所述脊波导et功分器包括：单脊波导和双脊波导；所述脊波导缝隙线阵包括多个辐射缝隙；所述辐射缝隙交错设置在单脊波导的中心线两侧。
9.进一步地，所述辐射缝隙的长度为9.2毫米。
10.进一步地，所述辐射缝隙偏离脊波导缝隙线阵的中心线的距离为0.8 毫米。
11.进一步地，所述脊波导缝隙线阵与脊波导et功分器一体结构。
12.进一步地，所述脊波导et功分器为由双脊波导和单脊波导组合形成的t型结构。
13.进一步地，所述双脊波导垂直于所述单脊波导。
14.进一步地，所述双脊波导的一端与所述单脊波导的中部连通。
15.进一步地，所述单脊波导与所述脊波导缝隙线阵一体成型。
16.进一步地，所述双脊波导的另一端与所述同轴连接器相连。
17.进一步地，所述tr组件平行于所述脊波导缝隙线阵。
18.本实用新型技术方案至少能够实现以下效果之一：
19.1、低剖面。普通相控阵天线阵面与tr组件纵向设置，剖面较高。本实用新型中tr组件紧贴在天线阵面背后与阵面共面排布，一方面实现了相控阵天线的低剖面，一方面也使全金属结构的天线阵面具备了散热片的功能。
20.2、低成本。本实用新型采用单、双脊波导组合的方式实现了脊波导缝隙阵列天线的中心馈电，使tr组件的数量减少一半，大幅降低相控阵的成本。
21.3、易匹配。本实用新型的脊波导一维相控阵天线与外壁横截面尺寸相同的矩形波导相比，脊的存在会让脊波导的等效特性阻抗更低，更加容易与低阻抗的同轴线或者微带线匹配工作，易于实现天线阵面与tr组件的低损互连。
22.4、高效率。本实用新型的脊波导一维相控阵天线，脊波导具有普通波导同样的封闭传输特性，损耗较低，且其结构紧凑，同口径内，比普通矩形波导排布更多的辐射单元，因此，脊波导一维相控阵缝隙阵列天线具有更高的口面利用率，更高的辐射效率。
23.本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
24.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
25.图1为本实用新型实施例提供的16通道脊波导一维相控阵天线结构图；
26.图2为本实用新型实施例提供的同轴连接器与双脊波导正交连接示意图；
27.图3为本实用新型实施例提供的脊波导缝隙线阵缝隙单元位置示意图；
28.图4为本实用新型实施例提供的脊波导缝隙线阵馈电方法示意图；
29.图5为单脊波导端面结构图；
30.图6为双脊波导端面结构图；
31.图7为本实用新型实施例提供的脊波导et功分器结构图；
32.图8为本实用新型实施例提供的脊波导et功分器电压驻波比曲线；
33.图9为本实用新型实施例提供的脊波导缝隙线阵方向图；
34.图10为本实用新型实施例提供的一维相控阵扫描方向图。
35.附图标记：
36.1-脊波导缝隙线阵；11-辐射缝隙；2-脊波导et功分器；3-同轴连接器；4-tr组件；
5-脊波导脊的切角；6-双脊馈电波导脊。
具体实施方式
37.下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本实用新型一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
38.实施例1
39.本实用新型的一个具体实施例，公开了一种脊波导一维相控阵天线为例。
40.本实施例的脊波导一维相控阵天线，如图1、图2所示，包括：脊波导缝隙线阵1、脊波导et功分器2、同轴连接器3、tr组件4。其中，所述脊波导et功分器2实现对所述脊波导缝隙线阵1的中心馈电，并通过所述同轴连接器3与所述tr组件4连接，组成一维相控阵天线。
41.所述脊波导et功分器2包括：单脊波导和双脊波导。
42.所述脊波导缝隙线阵1包括多个辐射缝隙11；所述辐射缝隙11交错设置在单脊波导的中心线两侧。
43.具体地，如图3所示，所述脊波导缝隙线阵1由多个开设在单脊波导上的辐射缝隙11组成；所述辐射缝隙11交错设置在单脊波导的中心线两侧。
44.如图3、图4所示，所述脊波导缝隙线阵1为在单脊波导的宽边中线的两侧交替开设纵向排列的多个辐射缝隙11。具体地，辐射缝隙11在单脊波导的中心线的延伸方向上交错设置。
45.如图4、图5、图6所示，所述脊波导et功分器2，利用双脊波导的结构对称性，将双脊波导、单脊波导t型组合形成。具体地，所述脊波导et功分器2为由双脊波导和单脊波导组合形成的t型结构。
46.t型结构如图7所示，具体地，所述双脊波导垂直于所述单脊波导；所述双脊波导的一端与所述单脊波导的中部连通。
47.进一步地，所述单脊波导与所述脊波导缝隙线阵1一体成型。
48.进一步地，所述双脊波导的另一端与所述同轴连接器3相连。所述 tr组件4平行于所述脊波导缝隙线阵1。
49.进一步地，所述脊波导缝隙线阵1与脊波导et功分器2一体化设计，脊波导缝隙线阵1上的辐射缝隙11的数量与天线工作带宽负相关，通过设计仿真确定。
50.如图1、2所示，所述同轴连接器3用于与双脊波导的正交转换，使 tr组件与脊波导缝隙阵列天线共面排布，实现了一维相控阵的低剖面设计，且因其紧凑的阵面排布获得了比一般矩形波导裂缝天线更高的辐射效率。
51.脊波导是在普通矩形波导基础上的一个变形，它在矩形波导的宽边中心线处向波导内突出一个脊棱又称凸缘波导。脊波导工作频率较高、带宽较宽且结构紧凑、相对稳定、不易变形等特点，在较低频率时体积可以设计得很小，脊波导逐渐被用于军事、卫星通信等国防和国民生产当中。单脊波导的结构如图5所示，双脊波导的结构如图6所示。
52.本实用新型的一个具体实施方式中，脊波导缝隙线阵1为中心馈电的16单元线阵，16个线阵按9mm间距排列，然后通过16个同轴连接器 3与2个8通道的tr组件4连接，组成一维相控阵天线。
53.通过调节辐射缝隙11的长度、及辐射缝隙11偏离波导中心的距离实现电磁波的有效辐射及线阵的幅度加权设计。
54.本实用新型的一种具体实施方式中，辐射缝隙11的长度约为9.2mm，辐射缝隙11偏离波导中心的距离约为0.8mm。
55.本实用新型的一种具体实施方式中，单脊波导尺寸为：宽7.8mm，高3.5mm，脊高2.5mm，脊宽2.5mm。
56.本实用新型的一种具体实施方式中，双脊波导尺寸为：宽7.8mm，高3.5mm，脊高0.7mm，脊宽2.5mm。
57.本实用新型的一种具体实施方式中，如图7所示，脊波导et功分器 2为一分二结构，通过调节脊波导脊的切角5和双脊馈电波导脊6的高度具体尺寸实现最佳性能。
58.如图8所示，本实施例的脊波导一维相控阵天线，在ku频段，在2000mhz带宽内端口电压驻波比位于1.16以下。
59.如图9所示，本实施例的脊波导一维相控阵天线，在ku频段，单条线阵在中心频点增益为15.6db；
60.如图10所示，本实施例的脊波导一维相控阵天线，在ku频段，整阵在中心频点法向增益为29.7db，相扫维可实现
±
45
°
无栅瓣扫描。
61.与现有技术相比，本实施例提供的技术方案至少具有如下有益效果之一：
62.本实用新型利用脊波导的紧凑结构特性并进一步优化波导尺寸，在波束扫描方向所需的0.51λ单元间距下，采用在脊波导宽边中线两侧交替开纵向辐射缝隙方案，实现了一维相控阵天线所需的线阵天线设计。
63.本实用新型利用脊波导、标准矩形波导宽边开缝辐射机理的一致性，借用已有宽边开缝辐射单元参数提取、单元互耦计算程序进行了脊波导缝隙单元参数的快速计算、建模、仿真。
64.本实用新型利用双脊波导的结构对称性，将双脊波导、单脊波导t型组合et功分器，实现了脊波导缝隙线阵的中心馈电，并通过同轴连接器与双脊波导的正交转换设计，使tr组件与脊波导缝隙阵列天线共面排布，实现了一维相控阵的低剖面设计，且因其紧凑的阵面排布获得了比一般矩形波导裂缝天线更高的辐射效率。
65.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。