双极化宽带脊波导缝隙天线

1.本公开涉及雷达天线技术领域，尤其涉及一种双极化宽带脊波导缝隙天线。


背景技术：

2.为了满足相控阵雷达系统中对于辐射电性能和距离向小尺寸尺寸的要求，需要设计宽带、方向图质量好且小型化的天线辐射单元。现有的天线形式中，波导天线由于其高带宽、结构稳定、扫描性能优秀、易于集成而成为常用的天线形式。
3.为了优化波导缝隙天线的性能，已经有许多相关研究用于缩减距离向尺寸的同时保证天线良好的匹配特性和方向图。现有的方法中一般采用在波导中加脊的方式，改变电磁波在波导中的传输模式，从而在更窄的尺寸下实现更低频的电磁激发与传播。针对现阶段对雷达天线小尺寸、宽带特性和良好的方向图指标的需求，需要设计水平和垂直两种极化的脊波导缝隙天线及配套的一体化脊波导一分二功分器。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明提供了一种双极化宽带脊波导缝隙天线，以解决天线小尺寸的同时保持宽带特性和良好的方向图指标的需求的问题。
5.本公开的一个方面提供了一种双极化宽带脊波导缝隙天线，包括：多个水平极化单元和多个垂直极化单元，所述水平极化单元和所述垂直极化单元交错排布，形成天线辐射阵面；连接器，设于每一个所述水平极化单元和每一个所述垂直极化单元底部；其中，所述水平极化单元和所述垂直极化单元均包括脊波导、功分器；所述功分器设于所述脊波导中空的内部空间中，与所述脊波导顶部连接，且与所述连接器连接，用于向所述脊波导馈电；所述水平极化单元的脊波导顶部沿着所述脊波导的延伸方向纵向开设多个直线形缝隙；所述垂直极化单元的脊波导顶部所述脊波导的延伸方向开设多个八字形缝隙。
6.可选地，所述功分器内部的脊为阶梯型结构，各个阶梯的厚度、高度和形状不完全相同。
7.可选地，所述水平极化单元和所述垂直极化单元的脊波导的壁厚0.5-1mm。
8.可选地，所述水平极化单元的宽度为7-10mm。
9.可选地，所述垂直极化单元的宽度为4-6mm。
10.可选地，相邻的一组所述水平极化单元和所述垂直极化单元的宽度小于11-16mm。
11.可选地，每个所述水平极化单元包括4-12条所述直线形缝隙，每个所述垂直极化单元包括4-12条所述八字形缝隙。
12.可选地，所述双极化宽带脊波导缝隙天线的频带范围为14-20ghz。
13.可选地，所述天线辐射阵面通过金属外壳接地。
14.可选地，各所述水平极化单元和各所述垂直极化单元底部的连接器位于同一平面上。
15.在本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
16.本公开提供了一种小尺寸双极化宽带脊波导缝隙天线，包括多个水平极化单元和多个垂直极化单元，水平极化单元和垂直极化单元交错排布，形成天线辐射阵面，功分器设于水平极化单元和垂直极化单元的脊波导中，实现一体化脊波导功分器激励，在保证宽频带内方向图质量好的基础上实现天线的距离向小型化。
附图说明
17.为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
18.图1示意性示出了本公开实施例提供的双极化宽带脊波导缝隙天线的阵面示意图；
19.图2a示意性示出了本公开实施例提供的一种水平极化辐射单元正面和侧面的示意图；
20.图2b示意性示出了本公开实施例提供的一种水平极化辐射单元内功分器和连接器的示意图；
21.图3a示意性示出了本公开实施例提供的一种垂直极化辐射单元正面和侧面的示意图；
22.图3b示意性示出了本公开实施例提供的一种垂直极化辐射单元内功分器和连接器的示意图；
23.图4示意性示出了本公开实施例提供的一组水平极化辐射单元和垂直极化辐射单元的示意图。
具体实施方式
24.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
25.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
26.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
27.附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。
28.因此，本公开的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的技术可以采取存储有指令的计算机可读介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。在本公开的上下文
中，计算机可读介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，计算机可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。计算机可读介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(hdd)；光存储装置，如光盘(cd-rom)；存储器，如随机存取存储器(ram)或闪存；和/或有线/无线通信链路。
29.图1示意性示出了本公开实施例提供的双极化宽带脊波导缝隙天线的阵面示意图。
30.如图1所示，本公开实施例提供了一种双极化宽带脊波导缝隙天线，包括：多个水平极化单元和多个垂直极化单元，水平极化单元和垂直极化单元交错排布，形成天线辐射阵面。水平极化单元和垂直极化单元均包括脊波导、功分器；功分器设于脊波导中空的内部空间中，与脊波导顶部连接，且与连接器连接，用于向脊波导馈电。每个水平极化单元和每个垂直极化单元均包括一个连接器，设于水平极化单元和垂直极化单元底部。
31.该天线采用了两种极化方式的一体化脊波导功分器激励的脊波导缝隙天线，交错排布实现阵面的双极化，在保证宽频带内方向图质量好的基础上实现天线的距离向小型化。
32.在本实施例中，天线辐射阵面通过接地柱与地面接触，为整个辐射阵面提供了稳定的阻抗零点。
33.图2a示意性示出了本公开实施例提供的一种水平极化辐射单元正面和侧面的示意图。
34.如图2a所示，水平极化单元采用脊波导纵向开缝实现。具体的，水平极化单元的脊波导顶部沿着脊波导的延伸方向纵向开设多个直线形缝隙，每三个缝隙以脊波导的中线交错设置。水平极化单元的宽度为7-10mm。
35.图3a示意性示出了本公开实施例提供的一种垂直极化辐射单元正面和侧面的示意图。
36.如图3a所示，垂直极化单元采用脊波导八字开缝实现。具体的，垂直极化单元的脊波导顶部脊波导的延伸方向开设多个八字形缝隙，其中，八字缝隙的开设方向交替相反。垂直极化单元的宽度为4-6mm。
37.如图2b、3b所示，水平极化单元和垂直极化单元内均使用脊波导功分器(水平极化单元和垂直极化单元的主体中方框标示出的部分)激励馈电。功分器内部的脊为阶梯型结构，将该瘠波导各个阶梯的厚度、高度和形状进行不完全相同的设计，可以优化阻抗匹配。此外，将功分器设于脊波导中，脊波导和功分器存在交叠共用部分，从而缩减了空间缩减了尺寸，同时减少不必要的损耗。
38.在本实施例中，连接器(水平极化单元和垂直极化单元的主体下方的方框标示出的部分)设于水平极化单元和垂直极化单元底部的中间位置。由于市面上最小连接器的尺寸仍超过本实施例中垂直极化单元宽度，将水平极化单元和垂直极化单元交错排布可以避免连接器相互干涉。为了便于天线的安装，各水平极化单元和各垂直极化单元底部的连接器位于同一平面上。由于各水平极化单元和各垂直极化单元的厚度可能不一样，功分器与脊波导顶部之间的距离可相应调整，使与功分器连接的连接器调整在同一平面上。
39.在本实施例中，每个水平极化单元包括4-12条直线形缝隙，每个垂直极化单元包括4-12条八字形缝隙，可以实现天线方位向尺寸要求及14-20ghz的工作带宽要求。
40.在本实施例中，为了最大程度的实现距离向尺寸压缩，所有组成部分的脊波导壁厚仅0.5-1mm。
41.图4示意性示出了本公开实施例提供的一组水平极化辐射单元和垂直极化辐射单元的示意图。
42.如图4所示，将水平极化单元和垂直极化单元交错排布可以避免连接器相互干涉。在本实施例中，一组水平极化单元和垂直极化单元的宽度小于11-16mm。
43.本公开实施例提供的一种双极化宽带脊波导缝隙天线，可以实现小尺寸同时在宽带范围内具有良好的阻抗匹配，且保证良好的方向图特性。该方法利用天线辐射阵面通过金属外壳接地，为整个辐射阵面提供了稳定的阻抗零点，同时采用差分馈电方式激励高对称性辐射单元，利用套筒缝隙激励的方式来保证天线带宽。该天线方法给出了辐射单元良好的阻抗带宽及极化隔离度、单元隔离度。最终实际数据的处理表明，利用该天线可以保证天线在发射和接收情况下均有良好的方向图极化隔离度。
44.本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
45.尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。