专利名称：高隔离波导裂缝收发天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种波导裂缝收发天线的电讯技术，特别是一种X波段或以上(Ku、K波段)高隔离波导裂缝收发天线。
背景技术：
目前国内X波段或以上(Ku、K波段)连续波雷达基本上都采用收发分支的天线形式，目的是让天线连续发射电磁波。考虑到雷达整体结构的稳固，制造成本以及接收性能，不能将雷达收发天线的间距设计得过大(收发天线边缘间距一般不超过3个波长)，但是如果收发天线之间的间距太小，发射天线所发射的电磁波就会直接耦合进入接收天线，这对雷达的接收性能影响非常大，如果在信号处理部分进行去噪声处理，将会提高雷达研制成本。·[0005]如何在保证雷达结构、性能、成本都优良的前提下，提高收发天线之间的隔离度是连续波雷达天线急需要解决的问题。目前国内频率在X波段或以上(Ku、K波段)的收发天线的形式多采用波导裂缝的形式，通过控制收发天线的间距和增加反射板实现高隔离，但目前隔离度仍然不能满足要求，而且为提高隔离度采取的措施如增加反射板会使方向图有所畸变，因此实现高隔离性能优良的X波段或以上(Ku、K波段)波导裂缝收发天线仍是雷达当前需要攻克的一个难题。发明内容本实用新型的目的在于提供高隔离波导裂缝收发天线，该天线设计巧妙，收发天线之间的隔离度高。为实现以上目的，本实用新型采用以下技术解决方案一种高隔离波导裂缝收发天线，包括上下放置的两根波导窄边裂缝阵1，分别作为收发天线，天线为水平极化，天线前方延伸有喇叭口 3。两波导的宽边上下侧朝喇叭口方向各设一 U形扼流槽，该扼流槽的槽深d3为O. 15 O. 25个波长，槽宽dl为波导窄边尺寸的O. 4 O. 8倍。 U形扼流槽可以采用如下结构两波导的宽边上下侧分别设有L形脊22，L形脊22与波导宽边之间形成所述U形扼流槽。(两个脊高度dl均为波导窄边尺寸的O. 4 O. 8倍，厚度d2无特殊要求在4-5mm，扼流槽的槽深即d3为脊离开开缝窄边的距离，取值在O. 15 O. 25个波长。)U形扼流槽还可以采用另一种结构，即在两波导的宽边上下侧分别设有一条凸起的脊21，脊21与波导宽边及喇叭口之间形成所述U形扼流槽。收发天线的喇叭口面上设有条状金属栅格5，栅条间距d7为O. 15 O. 3个波长，栅条宽度d5为lmm-2. 5mm。所述收发天线之间还设有一块隔离板4，该隔离板距离收发天线的间距d8相等，均为O. 25 I个波长，该隔离板前端超出天线口面距离d9为O. 3 O. 7个波长。收发天线的喇叭口边缘之间间距d4为O. 5 2个波长。所述的收发天线均设有天线罩。[0017]本实用新型设计上下放置的两个单根波导窄边裂缝阵列天线，在波导宽边加装扼流装置，设计合理的扼流槽槽深，可以提高两个天线之间的隔离度。本实用新型的天线前方延伸成为喇叭口形状用来将波束宽度变窄，喇叭口面上设置条状栅格，设计栅条的粗细和它们之间的间距，也可以起到提高收发隔离度的作用；本实用新型在收发天线之间安装一块金属隔离板，可在保证收发天线间距很小的前提下，提高收发天线的隔离度；本实用新型的收发天线上下边缘之间选择一个比较小、比较合适的距离值，提高了收发天线的隔离度。以上各波长指传输信号的波长。本实用新型与现有技术相比，其显著优点为 由于X波段或以上(Ku、K波段)连续波雷达不是采用脉冲体制，而是要连续发射电磁波，因此必须采用收发天线独立分开的形式。采用收发独立分开的天线形式，收发天线之间的隔离度是一个很重要的技术指标。要提高收发天线之间的隔离度，增大收发天线的间距是比较有效的手段，但是如果将收发天线的间距设计得过大(收发天线边缘间距一般不超过3个波长)，雷达整体的结构稳固性、制造成本及接收性能就会受到较大的影响；如果将收发天线间距设计过小，会导致收发天线之间的隔离度变差，这就需要在雷达信号处理部分进行去噪声处理，这将会大大提高雷达的研制成本。为此本实用新型设计了一个高隔离波导裂缝天线，通过多种手段改善收发隔离度，既可以将收发天线的间距做得很小，又能使收发隔离度较高。波导裂缝收发天线，由于开在波导窄边的隙缝有一定的倾角，因此会产生水平和垂直两个方向的电场，即存在垂直交叉极化(主极化为水平极化)，而且这类天线的交叉极化电平会比较高。理论计算可以知道交叉极化的电平太高，不仅会减弱隔离度，也会造成主极化的副瓣电平比较高，而过多的能量进入副瓣电平，将使得主极化天线增益下降，反之降低交叉极化电平可以提高天线的增益和隔离度。要降低交叉极化，本实用新型设计的X波段或以上(Ku、K波段)波导裂缝收发天线采取了多种降低交叉极化的结构，如增加扼流槽和栅格，设计合适的扼流槽的深度、栅条的粗细和栅条的间距，可以使垂直方向的电场产生180度的相位差和截止交叉极化的传输，从而降低交叉极化，提高收发天线的隔离度。为了提高天线间的隔离度，本实用新型在收发天线之间加装一个金属隔离板，借此反射发射天线的入射能量，但要控制好隔离板突出天线口面的尺寸以免引起方向图的畸变。为了提高隔离度需要尽量减小天线之间的直接耦合，最直接的办法就是加大二者之间的距离，以此减弱空间耦合，但尺寸会很大，不符合工程的需要。通过实验和计算可以知道随着收发天线间间距的变化，收发天线之间的隔离度也在变化而且变化的量值还比较大，因此本实用新型设计了合适的距离既满足隔离的要求，又满足实际工程的需要，必要而
有意义。本实用新型结构紧凑，体积小巧，便于运输。采用了多种手段以提高收发天线之间的隔离度，使得收发天线的间距可以设计的比较小(二者边缘之间的间距在O. 5 2个波长)，因此天线的结构稳固，体积小巧，便于雷达整机的快速架设和撤收。[0029]经过以上设计，本实用新型的收发天线间隔离度明显提高，综合以上技术手段，隔离度可以达到国际先进水平70dB以上，远超过了目前国内的50dB-60dB，而且为了防水、防潮、防盐雾设计的天线罩在满足风速等海上使用环境的情况对波瓣和隔离度几乎无影响。
图I为实施例一的天线结构示意图。图2为U形扼流槽形成的结构示意图之一。图3为图2对应的波导与脊的侧视图。图4为U形扼流槽形成的结构示意图之二。图5为实施例三中格栅的结构示意图。图6为图5的局部放大图。图7为实施例四的天线结构示意图。图8为实施例五的天线结构示意图。图9为实施例六的天线结构示意图。图10为采用实施例六制得的天线，用矢量网络分析仪在微波暗室的实测情况。图中1_波导；11_宽边；12_窄边；21_脊；22_L形脊；3_喇叭口 ；4_隔离板；5-栅格；6-U形扼流槽；7-背板。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明以下各实例中提及的各波长指传输信号的波长。实施例一本实用新型的X波段或以上(Ku、K波段)窄边波导裂缝收发天线如图I所示，它包括上下放置的窄边裂缝阵的两根波导1，分别作为收发天线，天线为水平极化，天线前方延伸有喇叭口 3，喇叭口 3后端连接在背板7上。如图2、图3所示，该天线在波导I的宽边上下侧各增加一条凸起的脊21，波导I与脊21可采用铝材或铜材一体拉制成型的方式制得，脊21与波导宽边11及喇叭口后部之间形成U形扼流槽6，两条脊21高度dl均为波导窄边尺寸的O. 7 (O. 4 O. 8均可)倍，厚度d2无特殊要求，一般可取为4-5mm，U形扼流槽的深度d3 (脊距离开缝的窄边距离)为O. 19(O. 15 O. 25均可)个波长。波导I通过连接件连接在喇叭3上或背板7上。该U形扼流槽的设计可降低交叉极化能量，增强波导的强度，减弱由于多个加工缝隙而引起的波导变形和方向图畸变。实施例二 如图4所示，本实用新型的窄边波导裂缝收发天线，U形扼流槽采用另一种结构形式，其它部分同实施列一。L形脊与波导采用铝材一体拉制成型的方式制得，两波导的宽边上下侧分别设有L形脊22，L形脊22与波导宽边之间形成U形扼流槽6。两条L形脊22高度dl均为波导窄边尺寸的O. 4 (O. 4 O. 8均可)倍，U形扼流槽的深度d3 (BP脊距离开缝的窄边距离)为O. 19 (O. 15 O. 25均可)个波长。L形脊厚度d2和dlO无特殊要求，一般可取为4-5_。L形脊22的一边与喇叭口的后部配合安装。波导I通过连接件连接在喇叭3上或背板7上。实施例三如图5、图6所示，为了进一步提高收发天线的隔离度，在实施例一的基础上，本实用新型在喇叭口增加了金属栅格。单根波导窄边裂缝阵在垂直方向的波瓣较宽，为了压缩垂直方向波瓣宽度，在波导裂缝阵的前方，一般用金属板加工成为喇叭口 3形状，其侧视图见图5。根据指标要求，喇叭口张角约为20°，天线的极化方式为水平极化，由于电场必须垂直于金属壁，因此在喇叭口面上安装竖直的条状栅格5，可以使交叉极化得到一定程度的抑制，并且这样设计可以进一步改善收发隔离度，通过理论计算和软件仿真，栅条宽度d5为2 mm (1_2. 5mm均可)之间，厚度d6为2 mm(1-2. 5mm均可)之间，栅条间距d7为O. 3 (O. 15 O. 3均可)个波长。实施例四如图7所示，为了进一步提高收发天线的隔离度，在实施例三的基础上，本实用新型合理设计了收发天线喇叭边缘的间距。收发天线两个喇叭口的边缘之间间距d4很小，一 般取O. 5 2个波长，较小的间距不仅增强了结构的稳固性，同时也降低了生产成本，本实例取O. 9个波长。实施例五如图8所示，为了进一步提高收发天线的隔离度，在实施例三的基础上，本实用新型合理在收发天线之间安装一块矩形金属隔离板4，金属隔离板4放置在收发天线的中间，距离收发天线的间距d8相同，为O. 25 I个波长。隔离板通过连接件连接在背板7上。经过理论计算和仿真，确定金属隔离板4超出天线口面距离d9为O. 3 O. 7个波长。实施例六如图9所示，为了使天线结构紧凑并降低副瓣，本实用新型中的X波段(频率9. lGHz-9. 7GHz)收发天线均选用单根波导窄边裂缝阵形式，其中波导的宽边尺寸为22. 86mm，窄边尺寸为10. 16mm。根据天线副瓣以及波瓣宽度的要求，在波导的窄边上选取合适的位置，加工不同深度、倾角的缝隙作为辐射单元，基本形式如图5、图6所示。波导窄边上加工多个缝单元，缝间距为半个导内波长(导内波长指波导内的波长)左右，根据电流分布确定各个缝的深度和倾角。如图2所示，采用铝材拉制形式在波导的宽边上下侧各增加一条脊21，用来与宽边形成U形扼流槽，以此降低交叉极化能量，同时脊可以增强波导的强度，减弱由于多个加工缝隙而引起的波导变形和方向图的畸变。两个脊高度dl为波导窄边尺寸的O. 6倍，脊厚度d2无特殊要求，一般可取为4-5mm，本实例取5mm，U形扼流槽d3为脊距离开缝窄边的距离，取O. 2个波长。单根波导窄边裂缝阵在垂直方向的波瓣较宽，为了压缩垂直方向波瓣宽度，在波导裂缝阵的前方，用金属板加工成为喇叭口 3形状，其侧视图见图I。根据指标要求，喇叭口张角约为20°，收发天线两个喇叭口的边缘间距d4很小，仅为I. 4个波长，较小的间距不仅增强了结构的稳固性，同时也降低了生产成本。天线的极化方式为水平极化，由于电场必须垂直于金属壁，因此在喇叭口 3面上安装竖直的条状栅格5，如图5、图6，可以使交叉极化得到一定程度的抑制，并且这样设计可以进一步改善收发隔离度，通过理论计算和软件仿真，栅条宽度d5为2mm,厚度d6为2mm之间,栅条间距d7为O. 3个波长。栅格一般采用金属栅格，如铜材或铝材。为了进一步提高收发天线之间的隔离度，在收发天线之间安装一块矩形金属隔离板4，金属隔离板放置在收发天线的中间，距离收发天线的间距d8相同，为O. 7个波长。经过理论计算和仿真，确定金属隔离板4超出天线口面距离d9为O. 5个波长，收发天线的边缘之间间距d4选择在I. 4个波长效果最好。通过上述的几种设计手段，可以在收发天线间距很小的条件下，获得比较理想的收发隔离度，通过本实用新型设计的高隔离度收发天线可以使收发隔离度达到70dB以上，达到了国际先进水平。测试实例I :采用实施例六制得的X波段单根波导窄边裂缝阵收发天线的隔离度，用矢量网络分析仪在微波暗室的实测值如图10所示，图中I为不加天线罩的状态，2为加装了天线罩的状态。由图可见，收发天线的隔离度在70dB以上，在设计的频带内90%的频点可达75dB，
加装天线罩和不加天线罩隔离度基本不变。
权利要求1.一种高隔离波导裂缝收发天线，包括上下放置的两根波导窄边裂缝阵(I)，分别作为收发天线，天线为水平极化，天线前方延伸有喇叭口(3)，其特征是 两根波导的宽边上下侧各设U形扼流槽，该U形扼流槽开口一侧朝向喇叭口，该U形扼流槽的槽深(d3)为O. 15 O. 25个波长，槽宽(dl)为波导窄边尺寸的O. 4 O. 8倍。
2.根据权利要求I所述的高隔离波导裂缝收发天线，其特征是波导的宽边上下侧分别设有L形脊(22)，L形脊(22)与波导宽边之间形成所述U形扼流槽。
3.根据权利要求I所述的高隔离波导裂缝收发天线，其特征是两波导的宽边上下侧分别设有一条凸起的脊(21)，脊(21)与波导宽边及喇叭口之间形成所述U形扼流槽。
4.根据权利要求1、2或3所述的高隔离波导裂缝收发天线，其特征是收发天线的喇叭口面上设有条状金属栅格(5)，其栅条间距(d7)为O. 15 O. 3个波长，栅条宽度(d5)为lmm-2. 5mm。
5.根据权利要求4所述的高隔离波导裂缝收发天线，其特征是所述收发天线之间还设有一块隔离板(4)，该隔离板距离收发天线的间距(d8)相等，均为O. 25 I个波长，该隔离板前端超出天线口面距离(d9)为O. 3 O. 7个波长。
6.根据权利要求5所述的高隔离波导裂缝收发天线，其特征是收发天线的喇叭口边缘之间间距(d4)为O. 5 2个波长。
7.根据权利要求I所述的高隔离波导裂缝收发天线，其特征是所述的收发天线均设有天线罩。
专利摘要本实用新型提供一种高隔离波导裂缝收发天线，该天线设计巧妙，收发天线之间的隔离度高。该高隔离波导裂缝收发天线包括上下放置的两根波导窄边裂缝阵(1)，分别作为收发天线，天线为水平极化，天线前方延伸有喇叭口(3)，两根波导的宽边上下侧各设U形扼流槽，该U形扼流槽开口一侧朝向喇叭口，该U形扼流槽的槽深d3为0.15～0.25个波长，槽宽d1为波导窄边尺寸的0.4～0.8倍。
文档编号H01Q1/36GK202712413SQ201220298338
公开日2013年1月30日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者樊品, 石恒和, 王霄, 顾晶晶 申请人:南京长江电子信息产业集团有限公司