本发明涉及一种低副瓣矩形槽波导缝隙天线。
背景技术：
缝隙天线是在传输电磁波的金属导体壁上开细长的缝隙，电磁波通过缝隙向外空间辐射，而形成的一种口径天线。在同轴线、波导管或空腔谐振器的导体面上开缝形成的天线，也称为开槽天线。近些年来波导缝隙天线由于其体积小、馈电方便、结构牢固、高可靠性等特点得到了广泛应用。
然而在毫米波及亚毫米波波段，波导尺寸较小，利用其制作缝隙天线，增加了加工难度且成本高，其传输损耗也随工作频率升高而迅速增加。1952年Tischer.F.J提出了槽波导的概念，槽波导具有低损耗、低色散、大尺度、高功率容量等特点，在毫米波和亚毫米波波段可以替代传统的波导。近些年已陆续在一些槽波导基础上设计出了相应的天线，例如圆形槽波导缝隙天线。而矩形槽波导应用广泛，但至今却还未有在其基础上设计的相应天线。
多个缝隙可以组成天线阵，天线阵增加了主要辐射方向的辐射能量，同时在其它一些方向也有所增强。方向图是天线在各个方向的辐射强度的相对大小，主要辐射方向是天线的最大辐射方向，主瓣，其它方向为副瓣，为副瓣的电平偏高，影响副瓣的因素较多，低副瓣是天线设计的一个重要问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，针对背景技术中提及的现有技术中缝隙天线副瓣的电平偏高的技术问题。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种低副瓣矩形槽波导缝隙天线，包括矩形槽波导和终端短路板；
矩形槽波导包括上导体板、下导体板和两个介质支撑块，上导体板和下导体板相互平行且对称设置，上导体板和下导体板之间的间隔设置且距离固定；
上导体板和下导体板之间通过两个介质支撑块支撑，上导体板、下导体板及两个介质支撑块之间的空间构成了矩形槽波导；在上导体板中部向外凸出形成第一矩形凸出部，在下导体板中部向外凸出形成与第一矩形凸出部相同的第二矩形凸出部；
终端短路板设在矩形槽波导的一端并将该端封闭；
在第一矩形凸出部的上表面设有缝隙天线阵，缝隙天线阵由多条斜缝隙组成，多条斜缝隙沿矩形槽波导的纵向传输分布，每相邻两条斜缝隙构成一个“八”字形且每相邻两条斜缝隙上的两个斜缝隙中心点之间的垂直距离为半个波导波长；所有斜缝隙的斜缝隙中心点均位于一条纵向中心线上，该纵向中心线为传输线的轴线，每个斜缝隙与纵向中心线之间倾斜形成夹角。
本发明技术方案的多个斜缝隙的成对出现，每对斜缝隙分别以各自缝隙中心点为圆点，分别顺时针和逆时针旋转一定的角度，构成一对“八”字形，构成八字形的每对缝隙的长度和选择角度相同，其它“八”字对的缝隙长度和旋转角度可以稍有变化。
多个斜缝隙在空间形成的电磁场，彼此之间相互叠加，某些方向电磁场同相而增强辐射，某些方向电磁场反向而相互抵消，甚至抵消为零。在斜缝隙的长度，选择角度合适的情况下，在主要辐射方向，多个斜缝隙辐射的电磁场均为同相，增加幅度最大，为主要辐射方向，其它方向，多个斜缝隙辐射的电磁场相互反相，相互抵消而降低辐射场，构成了低副瓣缝隙天线阵。
本发明技术方案的多个斜缝隙的长度可以相等或不都相等。多个斜缝隙与传输线的轴线的夹角可以相等或不都相等。
优选地，两个介质支撑块分别位于矩形槽波导的两侧边缘，两个介质支撑块通过螺钉连接上导体板和下导体板。
优选地，夹角为15°-20°。多个斜缝隙与传输线的轴线的夹角可以相等或不都相等。
优选地，上导体板和下导体板均采用铜制成。采用铜为了增加内表面的导电率。
优选地，在上导体板和下导体板的内表面均镀有银。通过镀银增加内表面的导电率，从而进一步降低传输损耗。
本发明提出一种电磁波发射缝隙的制作方法，其特征是，包括以下步骤：
1)组装上导体板、下导体板和两个介质支撑块构成矩形槽波导；
2)用工装夹具将矩形槽波导固定在铣床工作台面上；
3)在上导体板内第一矩形凸出部上表面上确定平行于电磁波传输方向的中心线；
4)在中心线上依据预定长度选取多个点，定义这点均为缝隙中心点；预定长度根据天线的工作频率确定；
5)沿中心线，以第一个缝隙中心点为圆心，将矩形槽波导正向旋转一定的角度，铣刀水平运动，铣刀在上导体板内第一矩形凸出部上表面上水平加工一条缝隙，该缝隙与中心线有一定的夹角；
6)完成步骤5后，将矩形槽波导反方向旋转，返回起始的方向；
7)沿中心线，以第二个缝隙中心点为圆心，将矩形槽波导反向旋转一定的角度，铣刀水平运动，铣刀在上导体板内第一矩形凸出部上表面上水平加工一条缝隙，该缝隙与中心线有一定的夹角；
8)完成步骤7后，将矩形槽波导正方向旋转，返回起始的方向；
9)重复步骤5)至步骤8)，继续利用铣床加工出其它缝隙。
本发明缝隙天线的工作原理为：电磁波从矩形槽波导的开放端口输入，传输到封闭端口时通过终端短路板反射，在传输槽内形成驻波，各个缝隙处在驻波的电场波腹点，由于缝隙改变了波导内表面电流的分布，从而产生电磁波通过缝隙向外辐射，形成波导缝隙天线。天线的谐振频率由缝隙的长度决定，一般缝隙天线的长度为半波长，各个缝隙之间相距半个波导波长，产生的电磁场相位相同。
多个斜缝隙在空间形成的电磁场，彼此之间相互叠加，某些方向电磁场同相而增强辐射，某些方向电磁场反向而相互抵消，甚至抵消为零。通常天线阵的副瓣控制是天线阵研究的一个重点。采用斜缝隙与传输线的轴线倾斜，选择角度合适的情况下，在主要辐射方向，多个斜缝隙辐射的电磁场均为同相，增加幅度最大，为主要辐射方向，其它方向，多个斜缝隙辐射的电磁场相互反相，相互抵消而降低辐射场，构成了低副瓣缝隙天线阵。
本发明的有益效果是：
1、本低副瓣矩形槽波导缝隙天线，采用矩形槽波导作为毫米波、亚毫米波微波信号的传输线，可传输较大功率的电磁波。多条斜缝隙沿纵向分布，斜缝隙的缝隙中心点在纵向中心线上，斜缝隙与中心线倾斜一定夹角，组成了缝隙天线阵，可以增强主辐射方向辐射场强，同时降低副瓣的相对电平，在毫米波、亚毫米波。在毫米波、亚毫米波波段，矩形波导等传统的传输线传输损耗大，功率容量低，目前槽波导与它们相比具有衰减小、色散低、功率容量高、加工方便等特点，采用矩形槽波导实现缝隙天线，能够实现较大功率的应用在毫米波、亚毫米波波段的缝隙天线；多个缝隙同相激励，在主要方向产生较大的电场，增加了总的辐射功率，提高了天线的方向性；普通的缝隙天线，缝隙一般与轴线平行。
2、本低副瓣矩形槽波导缝隙天线，采用由“八”字形的倾向缝隙，与平行缝隙相比，选择角度合适的情况下，主瓣宽度较窄，同时降低副瓣的电平。
附图说明
图1是本发明低副瓣矩形槽波导缝隙天线的俯视图。
图2是图1中沿A-A的剖面图。
图3是终端短路板的零件示意图。
图4是斜缝隙的加工步骤过程图一。
图5是斜缝隙的加工步骤过程图二。
图6是斜缝隙的加工步骤过程图三。
图7是斜缝隙的加工步骤过程图四。
图8是本实施例中矩形槽波导的尺寸示意图。
图9是本实施例中斜缝隙的尺寸示意图。
图10是本实施例低副瓣矩形槽波导缝隙天线的辐射仿真图。
图11是本实施例低副瓣矩形槽波导缝隙天线中主缝隙长度变化后的缝隙天线的辐射仿真图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图11和具体实施方式做进一步的描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和2所示，本实施例中低副瓣矩形槽波导缝隙天线，包括矩形槽波导和终端短路板5。需要说明的是，图1中沿箭头R的方向为矩形槽波导的长度方向，即电磁波传输方向，沿箭头W的方向为矩形槽波导的宽度方向。
如图1和2所示，矩形槽波导包括上导体板1、下导体板2和两个介质支撑块3，上导体板1和下导体板2相互平行且对称设置，上导体板1和下导体板2之间的间隔设置且距离固定；上导体板1和下导体板2之间通过两个介质支撑块3支撑，两个介质支撑块3分别位于矩形槽波导的两侧边缘，且位于上导体板1和下导体板2的边缘，介质支撑块的分布方向与凸形板的延伸方向平行。在上导体板1和下导体板2均设置螺钉孔4，两个介质支撑块3通过螺钉连接上导体板1和下导体板2。
上导体板1和下导体板2均根据铜制成。铜板为了增加内表面的导电率。在上导体板1和下导体板2的内表面均镀有银。通过镀银增加内表面的导电率，从而进一步降低传输损耗。
如图1和2所示，上导体板1、下导体板2及两个介质支撑块3之间的空间构成了矩形槽波导，此矩形槽波导为电磁波传输槽。
如图1和2所示，在上导体板1中部向外凸出形成第一矩形凸出部，在下导体板2中部向外凸出形成与第一矩形凸出部相同的第二矩形凸出部。
如图1和3所示，终端短路板5焊接在矩形槽波导的一端并将该端封闭，使电磁波传输槽一端开放、一端封闭。本实施例中终端短路板5也为铜板，其形状与矩形槽波导的横截面形状相同，刚好封闭矩形槽波导的端口。
如图1所示，在第一矩形凸出部的上表面设有缝隙天线阵，缝隙天线阵由多条斜缝隙6组成，多条斜缝隙6沿矩形槽波导的纵向传输分布，每相邻两条斜缝隙6构成一个“八”字形且每相邻两条斜缝隙6上的两个斜缝隙中心点之间的垂直距离为半个波导波长；所有斜缝隙6的斜缝隙中心点均位于一条纵向中心线上，该纵向中心线为传输线的轴线，每个斜缝隙6与纵向中心线之间倾斜形成夹角。夹角为15°-20°，本实施例优选夹角为18°。多个斜缝隙的长度可以相等或不都相等。多个斜缝隙与传输线的轴线的夹角可以相等或不都相等。
如图1所示，多个斜缝隙的成对出现，每对斜缝隙分别以各自缝隙中心点为圆点，分别顺时针和逆时针旋转一定的角度，构成一对“八”字形，构成八字形的每对缝隙的长度和选择角度相同，其它“八”字对的缝隙长度和旋转角度可以稍有变化。
多个斜缝隙在空间形成的电磁场，彼此之间相互叠加，某些方向电磁场同相而增强辐射，某些方向电磁场反向而相互抵消，甚至抵消为零。在斜缝隙的长度，选择角度合适的情况下，在主要辐射方向，多个斜缝隙辐射的电磁场均为同相，增加幅度最大，为主要辐射方向，其它方向，多个斜缝隙辐射的电磁场相互反相，相互抵消而降低辐射场，构成了低副瓣缝隙天线阵。
如图3-7所示，本实施例中的一种电磁波发射缝隙的制作方法，包括以下步骤：
1)组装上导体板1、下导体板2和两个介质支撑块3构成矩形槽波导。
2)用工装夹具将矩形槽波导固定在铣床工作台面上；此步骤中提及的工装夹具为本技术领域内的常规工装。
3)在上导体板1内第一矩形凸出部上表面上确定平行于电磁波传输方向的中心线。
4)在中心线上依据预定长度选取多个点，定义这点均为缝隙中心点；预定长度根据天线的工作频率确定。
5)沿中心线，以第一个缝隙中心点为圆心，将矩形槽波导正向旋转一定的角度，铣刀水平运动，铣刀在上导体板1内第一矩形凸出部上表面上水平加工一条缝隙，该缝隙与中心线有一定的夹角。
6)完成步骤5)后，将矩形槽波导反方向旋转，返回起始的方向。
7)沿中心线，以第二个缝隙中心点为圆心，将矩形槽波导反向旋转一定的角度，铣刀水平运动，铣刀在上导体板1内第一矩形凸出部上表面上水平加工一条缝隙，该缝隙与中心线有一定的夹角。
8)完成步骤7)后，将矩形槽波导正方向旋转，返回起始的方向。
9)重复步骤5)至步骤8)，继续利用铣床加工出其它缝隙。
如图8和9所示，为本发明的一个具体实施例，矩形槽波导的宽度为25mm，上下凸出高度为4.5mm，平坦部分的高度为1.5mm，凸出部分的宽度为5mm，两侧介质支撑块的宽度为5mm，“八”字形缝隙总共三对，缝隙的长度均为3mm，缝隙与轴线的夹角为18°，各缝隙中心之间的间距为3mm，工作中心频率为50GHz。利用三维电磁仿真软件HFSS进行仿真，本实施例的增益如图10所示，垂直于电磁波发射缝隙所在的面为最大辐射方向，增益达到11.26dB。缝隙长度相同，缝隙平行于轴线的缝隙天线阵的增益如图11所示，增益为6.70dB，副瓣电平也较高。
改变电磁波发射缝隙的距，或者改变电磁波发射缝隙到封闭终端的距离，以及缝隙与轴线之间的夹角，都会对电磁波的辐射方向及辐射强度产生影响。本发明可适用于毫米波、亚毫米波的其它频段，频率变换了，矩形槽波导的尺寸可相应变化，电磁波发射缝隙的大小、位置也可根据应用需要进行调整。
凡本发明说明书中未作特别说明的均为现有技术或者通过现有的技术能够实现，应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。