潜艇雷达的平板裂缝阵列天线的制作方法

1.本发明属于天线技术领域，具体涉及一种平板裂缝阵列天线，可适用于潜艇雷达。


背景技术：

2.雷达天线是雷达设备不可或缺的一部分，雷达测量目标的方位和仰角与雷达天线的性能直接相关。雷达天线通常置于露天工作，由于其直接受到自然环境中的风、雨、冰雪、沙尘以及太阳辐射、烟雾等的影响使天线性能降低，寿命缩短，为此，雷达天线一般配有天线罩。天线罩采用对电磁波透过率很高的材料制成，可保护天线免受恶劣自然环境的影响，减轻天线磨损、腐蚀和老化，使天线性能稳定可靠，延长使用寿命。
3.潜艇雷达天线，直接暴露于海水中，随艇体在海水中升降移动，因此，还需具有相应的耐水压密封性能；同时受到安装空间限制和抗风浪性能，潜艇雷达天线口径一般较小，尤其是高度尺寸多在200mm左右。
4.现有潜艇雷达天线有两种结构形式：一种是抛物面天线；另一种是阵列天线，包括微带阵列天线和裂缝阵列天线。
5.抛物面天线包括反射体和馈源，其反射体为实体，只需对馈源喇叭进行加罩密封即可，但馈源必须位于反射面焦点位置，反射体和馈源需由底座支撑和密封，因此，整个天线的尺寸较大，安装占用空间大，艇体开口较大，同时，也无法同时布置收发独立的两个天线。
6.阵列天线，针对于潜艇雷达天线的耐水压密封性需求，整个天线需要用天线罩包覆。现有潜艇雷达天线采用一个弧形天线前罩，天线罩与天线面不接触，海水压力完全由天线罩承受，天线罩厚度大。由于弧形天线罩在不同角度对微波的损耗及相位改变不同，会造成天线增益损失大，天线方向图畸变，天线有效尺寸较小，重量较大，尤其是对于大潜深潜艇，雷达天线性能降低较多。同时由于天线高度尺寸与天线罩的厚度正相关，天线罩厚度大，则天线有效高度一般较小，雷达天线占用安装空间较大。因此，现有潜艇雷达阵列天线只能布置一个天线阵列，不能适用于接收和发射同时进行的连续波体制雷达。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于针对现有潜艇雷达天线的不足，提供一种潜艇雷达的平板裂缝阵列天线，以减小雷达天线外形尺寸，减小天线罩对增益和方向图的影响，增强雷达天线的耐水压能力，能同时布置两个功能独立的天线，满足连续波体制的雷达的使用要求。
8.为实现上述目的，本发明的平板裂缝阵列天线包括天线1、天线罩2和底座3，天线罩完全包覆天线，其特征在于：天线罩2内腔尺寸大小与天线1外形尺寸大小一致，使得天线罩的内表面与天线的外表面能紧密贴合，用于容纳和密封保护平板裂缝阵列天线，同时天线对天线罩形成结构支撑；
9.所述天线1，采用外形为近似长方体的平板裂缝阵列天线，包括天线前块13、天线中块12和天线后块11，其均关于中性面对称，并采用密集的螺钉紧固连接，形成关于中性面
对称且功能独立的两个天线阵列，用于雷达电磁波的发射和接收；
10.该天线前块13的一面设置有收发隔离筋131、喇叭阵列132和裂缝阵列133，另一面设置谐振腔阵列134；
11.该天线后块11的一面设置有两个功分网络波导腔111；
12.该天线中块12为一开有波导口的薄板，一面连接天线前块，另一面连接天线后块，用于覆盖和连通功分网络波导腔111和谐振腔134；
13.所述天线罩2包括天线前罩21、天线后罩23和密封圈22；
14.该天线前罩21采用透波材料，位于平板裂缝阵列天线的辐射面前方，其与收发隔离筋131接触的位置设有被连续包覆的隔离条211；
15.该天线后罩23内腔为长方体，其与天线前罩21之间紧固连接，并通过密封圈22进行密封。
16.作为优选，所述天线1上设有同轴转换器15，该同轴转换器与同轴电缆16连接，用以传输天线的微波信号，同轴电缆的另一端设置有与外部设备连接的同轴电缆接口14。
17.作为优选，所述底座3设置在天线后罩23底部，并与天线后罩形成一个整体，用于与外部设备连接，该底座中间设置有通孔232，用于传输天线(1)的信号。
18.作为优选，所述天线后罩23与天线1与之间设有弹簧4，用于将天线向前推压，使天线前块13与天线前罩21紧贴，防止收发天线间因微波泄漏而导致收发隔离度降低。
19.作为优选，所述天线后罩23背面设置有与底座连接的增强结构体231，用于增强天线后罩连接强度和刚度，其正面设置有密封沟槽233用于安装密封圈22。
20.作为优选，所述天线后罩23采用碳纤维复合材料。
21.作为优选，所述天线前罩21采用石英纤维氰酸脂复合材料。
22.本发明具有以下优点：
23.1)本发明由于天线采用平板结构，使得达天线具有较小的外形尺寸，尤其是厚度较小，雷达天线安装所需占用空间较小；
24.2)本发明由于天线对天线罩形成结构支撑，使得天线前罩的厚度较薄，损耗小，且天线的耐水压性能较强，可适用于大潜深潜艇雷达；
25.3)本发明由于设置了两个功能独立的天线阵列，使得雷达能同时进行接收和发射，满足连续波体制潜艇雷达的需求。
附图说明
26.图1是本发明的整体结构外形图；
27.图2是图1的结构爆炸图；
28.图3是图1的侧视剖切图；
29.图4是图1的俯视剖切图；
30.图5是图3中平板裂缝阵列天线的放大图；
31.图6是图3中天线前罩的放大图；
32.图7是图3中天线后罩的放大图。
具体实施方式
33.以下结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
34.参照图1和图2，本实施例的潜艇雷达天线包括天线1、天线罩2和底座3，天线罩完全包覆天线，天线罩2内腔尺寸大小与天线1外形尺寸大小一致，使得天线罩的内表面与天线的外表面能紧密贴合，用于容纳和密封保护平板裂缝阵列天线，同时天线对天线罩形成结构支撑，潜艇雷达天线主体呈薄长方体外形，本实例中天线长度为1000mm，高度为250mm，厚度为100mm，底部的圆盘形底座3的直径为250mm。
35.参照图3、图4和图5，所述天线1，采用外形为近似长方体的平板裂缝阵列天线，其包括天线前块13、天线中块12和天线后块11，为了方便加工成型，该三块均上下对称，并采用密集的螺钉紧固连接，形成关于上下对称且功能独立的两个天线阵列，用于雷达电磁波的发射和接收。
36.该天线前块13的一面分布谐振腔阵列134，另一面中间位置设置收发隔离筋131，收发隔离筋两边分布上下对称的裂缝阵列133，相邻裂缝列之间设置高度为天线工作中心频率微波四分之一波长的喇叭阵列132，喇叭的倾斜角及相邻喇叭间筋肋的宽度分别为预设值；本实施例中喇叭高度为8mm，倾斜角为45
°
，喇叭口宽15.5mm，相邻喇叭间筋肋顶面宽度为11mm，收发隔离筋的宽度约为17mm，高度与裂缝喇叭口平齐。
37.该天线后块11，其主要布置有上下对称的两个功分网络波导腔111，该功分网络波导腔微波信号输入输出位置设有同轴转换器15，该同轴转换器与同轴电缆16连接，用以传输天线的微波信号，同轴电缆的另一端设置有与外部设备连接的同轴电缆接口14，两个天线阵列的同轴电缆接口邻近布置。
38.该天线中块12，采用开有波导口的薄板，其一面连接天线前块，另一面连接天线后块，用于覆盖和连通功分网络波导腔111和谐振腔134。
39.所述天线前块13、天线中块12和天线后块11之间的结合面均为平面，且采用密集的螺钉对这三个零件进行紧固，以减小腔体间的泄露，尤其是收发隔离筋131处，螺钉布置更加密集。该天线后块11与天线后罩23之间设有4个弹簧4，用于将天线向前推压，使天线前块13的收发隔离筋131与天线前罩21紧贴，防止收发天线间因微波泄漏而导致收发隔离度降低。
40.所述天线1均采用高强度的铝合金材料，且内部腔体间的筋肋设置足够厚度，以抵抗海水压力，外部海水作用在天线罩2上的压力直接传递给内部的平板裂缝阵列天线1。
41.参照图3和图4，所述天线罩2包括天线前罩21、天线后罩23和密封圈22，该天线前罩与天线后罩用螺栓紧固连接，并通过密封圈22进行密封，使得雷达天线整体满足潜艇在最大潜深条件的整体耐压性能及密封结构强度；
42.参照图6，所述天线前罩21采用介电常数为3.2、抗弯强度极限370mpa的石英纤维氰酸脂复合材料，位于平板裂缝阵列天线的辐射面前方，其内侧面为平面，与所述平板裂缝阵列天线喇叭间的筋肋平面接触；其厚度按介质最佳透波理论确定，并校核其在最大潜深条件下由平板裂缝阵天线喇叭间筋肋支撑的结构强度，在满足结构强度的前提下，取最小阶次厚度，本实施例取8.5mm。该天线前罩与天线1的收发隔离筋131所接触位置设有隔离条211，该隔离条为梯形截面且被天线前罩连续包覆，以保持密封性；在隔离条包覆层的外表面设置有金属质反射层212，以提高隔离度。
43.参照图7，所述天线后罩23内腔为长方体，采用碳纤维复合材料，其背面设置有与底座连接的增强结构体231，用于增强天线后罩连接强度和刚度，其正面设置有密封沟槽233用于安装密封圈22。
44.所述底座3设置在天线后罩23底部，并与天线后罩形成一体结构，用于与外部设备连接，该底座中间设置有通孔232，用于传输天线1的信号。
45.以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不违背本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。