高增益波导缝隙天线阵列的制作方法

1.本发明涉及星载sar天线领域，具体地，涉及一种用于ka频段星载sar系统且具有高增益、高效率特性的低剖面波导缝隙阵列天线。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展，毫米波sar系统得到迅速的应用及发展。与之相应的，毫米波天线也面临着越来越高的性能要求。波导缝隙天线具有损耗小、增益高的特点，因而被广泛应用于毫米波天线设计中。传统的窄边开缝波导天线中，为了有效激励起缝隙的辐射模式，缝隙一般倾斜放置，并与波导窄边成一特定角度。为了降低交叉极化，辐射缝隙成八字形交替开在波导窄边。在实际工作中，各缝隙不可能完全等幅同相激励，泄漏的交叉极化将对天线的增益有所损失。
3.经对现有技术的文献检索发现，陈虎等人在微波学报2014年6月发表论文“低副瓣波导窄边大倾角缝隙天线研究”，针对天线设计中所使用的大倾角缝隙，通过加载极化栅的方式抑制交叉极化，提高了单元的辐射能力，但极化栅增加了天线结构复杂度。詹珍贤等人在电子信息对抗技术2013年7月第4期发表论文“毫米波波导窄边斜缝驻波阵天线的设计”，设计了窄边开缝的波导天线阵列，波导采用h面t型结的馈电网络功分器，其尺寸存在进一步缩小的空间。汪伟等人在微波学报2005年第21卷第5期发表论文“宽频带膜片激励波导窄边非倾斜缝隙阵天线”，采用窄边开缝的非倾斜缝隙设计加工了一个16单元的均匀直线波导缝隙阵，波导内通过金属膜片进行激励。天线具有较低的交叉极化电平值，但天线工作在x波段，应用于毫米波频段时需要对结构的小型化进行深入研究。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术存在的不足和改善其性能，提供一种高增益波导缝隙天线阵列，该天线具有剖面低，结构简洁的优点，满足未来星载sar系统对于高性能阵列天线的需求。
5.本发明提供的高增益波导缝隙天线阵列，包括：波导缝隙直线阵列和馈电网络；所述波导缝隙直线阵列包括辐射缝隙、辐射波导腔、金属匹配块以及辐射输入端口；
6.所述辐射缝隙开在辐射波导腔的窄边上且与波导辐射腔的宽边垂直；每个辐射缝隙的两侧交替设置有金属匹配块；
7.金属匹配块位于辐射波导腔内；
8.所述辐射输入端口位于辐射波导腔体的中心位置，并与波导馈电网络连接。
9.优选地，多个所述辐射缝隙等间距排布，且两两相互平行。
10.优选地，所述金属匹配块呈长方体结构。
11.优选地，所述金属匹配块，用于对各辐射缝隙进行馈电。
12.优选地，所述辐射波导腔为一矩形波导管，所述波导管两端短路形成驻波阵列；
13.所述辐射输入端口位于波导管的中心位置。
14.优选地，所述馈电网络包括网络输入端、e面t型结波导功分器以及网络输出端；
15.所述网络输入端通过该所述e面t型结波导功分器连接所述网络输出端；
16.所述网络输入端与波导缝隙直线阵列的辐射输入端口连接。
17.优选地，所述馈电网络采用1分4的波导功分网络。
18.优选地，所述波导缝隙直线阵列的数量为12个，每个所述直线阵列包括4个子线阵。
19.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
20.本发明针对毫米波sar天线的需求，在现有的x波段非倾斜波导缝隙天线基础上，通过采用金属匹配块对缝隙进行馈电匹配，保证了天线的实际增益，同时通过采用e面t型结波导功分器，降低了馈电网络的高度；
21.本发明的ka频段波导直线阵列天线在单元间距为0.77波长时，所设计的96元缝隙阵，仿真增益比倾斜缝隙高1db以上，相比未经优化的波导缝隙天线有了明显的改善。
附图说明
22.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
23.图1为本发明实施例中高增益波导缝隙天线阵列的结构示意图；
24.图2为本发明实施例中波导缝隙天线及其内腔结构图；
25.图3为本发明实施例中波导馈电网络及其内腔结构图；
26.图4为本发明实施例中金属匹配块结构图；
27.图5为本发明实施例中高增益波导缝隙天线阵列的仿真驻波曲线图；以及
28.图6为本发明实施例中高增益波导缝隙天线阵列的仿真方向图。
29.图中：
30.1-波导缝隙直线阵；2-馈电网络；10-辐射缝隙；11-辐射波导腔；12-辐射输入端口；13-金属匹配块；20
‑‑
网络输入端；21-e面t型结波导功分器；22-网络输出端。
具体实施方式
31.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
32.毫米波天线由于尺寸较小，一般采用基于印刷工艺的微带贴片天线实现，但微带阵列中的馈电网络存在较大的损耗，降低天线的增益。与微带天线相比，波导缝隙天线具有效率高的优点，但对于窄边开缝的波导天线，为了有效激励起缝隙的辐射模式，缝隙一般旋转并与波导窄边成一特定角度。
33.本发明实施例中，针对毫米波sar天线的需求，在现有的x波段非倾斜波导缝隙天线基础上，通过采用金属匹配块对缝隙进行馈电匹配，保证了天线的实际增益，同时通过采用e面t型结波导功分器，降低了馈电网络的高度。
34.本发明实施例中的ka频段波导直线阵列天线在单元间距为0.77波长时，所设计的
96元缝隙阵，仿真增益比倾斜缝隙高1db以上，相比未经优化的波导缝隙天线有了明显的改善。
35.本发明实施例中，采用窄边开缝的波导缝隙天线，各辐射缝隙相互平行，垂直于辐射波导的宽边。通过平行的缝隙降低了阵列所产生的交叉极化电平，同时提高了有效辐射面积，从而提高了单元天线的增益。进一步，采用e面t型结波导功分器降低了天线的剖面高度，使得整个天线阵列结构简洁。
36.图1为本发明实施例中高增益波导缝隙天线阵列的结构示意图，如图1所示，本发明提供的高增益波导缝隙天线阵列，工作于ka波段的波导缝隙阵列天线，包含12个直线阵列，每个直线阵包括4个子线阵组成，中心频率为f0,下边频0.993f0，上边频为1.007f0，包括波导缝隙直线阵列1和馈电网络2；
37.图2为本发明实施例中波导缝隙天线及其内腔结构图，如图2所示，波导缝隙直线阵1从上而下包括辐射缝隙10，辐射波导腔体11，金属匹配块13，辐射输入端口12。
38.图4为本发明实施例中金属匹配块结构图，如图4所示，辐射缝隙10开在辐射波导腔体11的窄边上并切入其宽边，切入的深度根据波导的输入阻抗计算所得。辐射缝隙10与辐射波导腔体11的宽边垂直，且两两相互平行。
39.金属匹配块13位于辐射缝隙10的两侧，交替放置。金属匹配块13呈长方体结构，高度h＝0.15λ0，长l＝0.06λ0，宽w＝0.06λ0。辐射输入端口12与辐射波导腔体11连接。所述金属匹配块，用于对各辐射缝隙进行馈电。
40.图3为本发明实施例中波导馈电网络及其内腔结构图，如图3所示，所述馈电网络2包括网络输入端20、e面t型结波导功分器21以及网络输出端22。网络输入端20与波导缝隙直线阵列1的辐射输入端口12连接。
41.所述网络输入端20通过该所述e面t型结波导功分器21连接所述网络输出端22；
42.所述网络输入端20与波导缝隙直线阵列1的辐射输入端口连接。
43.图5为本发明实施例中波导缝隙天线的仿真驻波曲线图，如图5所示，在0.993f0～1.007f0带宽内，天线的驻波小于1.35，表明天线具有良好的阻抗匹配特性。
44.图6为本发明实施例中波导缝隙天线的仿真的中心频率归一化远场方向图，如图6所示，天线具有良好的定向辐射特性，主极化旁瓣小于-13db，交叉极化小于-50db。
45.本发明实施例中，采用辐射缝隙垂直于波导宽边的波导缝隙阵列天线，并通过金属匹配块改善缝隙的馈电特性，使得天线具有高增益高效率的优点。馈电网络采用了e面t型结波导功分器降低天线的剖面高度。本发明天线具有高增益，高效率的良好电性能，以及低剖面的良好机械性能。
46.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。