谐振型脊波导裂缝天线的宽带低损耗馈电装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及微波技术领域，具体是谐振型脊波导裂缝天线的宽带低损耗馈电装置。


背景技术：

[0002]
谐振型脊波导裂缝阵列天线结构紧凑、重量轻、口径效率高、功率容量大和易实现低副瓣及超低副瓣，由于特有的脊结构特性，具备宽带特性，而且宽边尺寸可以压缩以满足组阵
±
60
°
范围的电子波束扫描要求，从而广泛应用于相控阵体制天线。对于谐振型脊波导裂缝阵列天线，一般通过将单根脊波导裂缝阵列天线划分成物理隔离的若干驻波子阵来拓展天线工作带宽。单个驻波子阵的馈电方式选择至关重要，常规的馈电方式是在脊上开倾斜缝，这种倾斜缝馈电方式结构简单，但存在如下问题：1.倾斜缝对子阵馈电点位置邻近的辐射缝的电讯特性会产生很大的影响，导致辐射缝口径电场的幅相值偏离设计值，影响天线波瓣性能；2.带宽窄，限制了脊波导天线在更多领域上的应用。
[0003]
本实用针对此问题提出一种宽带低损耗的馈电装置，该装置包括双脊波导e-t馈电和双脊波导-矩形波导转换器两部分。该实用采用宽带特性的双脊波导e-t方式对脊波导裂缝天线进行馈电，同时通过双脊波导-矩形波导转换器完成双脊波导口到矩形波导口的转换以及从水平极化(垂直极化)到垂直极化(水平极化)的转换。该馈电装置与脊波导裂缝天线一体化化设计加工，结构紧凑、加工简单，可靠性高，具有很强的工程应用价值。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的在于提供谐振型脊波导裂缝天线的宽带低损耗馈电装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0005]
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
[0006]
谐振型脊波导裂缝天线的宽带低损耗馈电装置，包括双脊波导、脊部、双脊波导馈电 e-t结构、双脊波导-矩形波导转换器与对称脊波导裂缝天线，馈电装置以双脊波导馈电 e-t结构形式对脊波导裂缝天线进行馈电，双脊波导的两侧脊部一体成型出各自平行引出梯形状金属平板形成平板传输线传输tem波，且上下两块梯形状金属平板交错排列，经封闭金属空腔，与矩形波导上下宽壁内侧放置的金属匹配块连接，封闭金属空腔的过渡长度不到中心频率波长的八分之一，双脊波导的宽壁尺寸不能大于脊波导裂缝天线波导宽壁尺寸。
[0007]
作为本实用新型进一步的方案：所述双脊波导的宽壁尺寸不能大于脊波导裂缝天线波导宽壁尺寸。
[0008]
作为本实用新型进一步的方案：所述双脊波导通过矩形金属块的匹配设计，金属匹配块具体尺寸与工作频段相关，在双脊波导的两个脊部各放置一个金属匹配块，等效容性元件，实现阻抗匹配。
[0009]
作为本实用新型进一步的方案：所述双脊波导-矩形波导转换器为一厚度近似等
于中心波长1/8的封闭金属长方体空腔，长方体空腔宽边为矩形波导宽壁尺寸，窄边为双脊波导宽壁尺寸。
[0010]
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0011]
1.提出了谐振型脊波导裂缝天线一种宽带低损耗馈电装置，能够解决馈电倾斜缝工作带宽窄和影响馈电点位置辐射缝的缺点，拓宽脊波导裂缝天线应用领域。
[0012]
2.提出了双脊波导e-t馈电形式。双脊波导e-t馈电方式能够避免倾斜馈电缝带宽窄、降低馈电点辐射缝辐射效能的缺点，而且具备宽带、低损耗电讯性能。
[0013]
3.提出了双脊波导脊上加矩形金属块的匹配设计方法。通过在双脊波导的两个脊上放置矩形金属块，调整金属块宽高尺寸(金属块长度尺寸与双脊波导的脊宽带相同，不需要调整)以及金属块与脊波导裂缝天线馈电点之间的距离，完成阻抗变换匹配。
[0014]
4.提出了宽带、紧凑的双脊波导-矩形波导转换器。转换器实现双脊波导到矩形波导的阻抗变换和极化扭转作用。极化扭转主要是将双脊波导的水平极化(垂直极化)转换到矩形波导的垂直极化(水平极化)。该转换器用途广泛，可单独用于其它波导馈电系统。
[0015]
5.结构紧凑、可靠性高。通过一体化设计保证空腔内金属板和金属块与双脊波导和矩形波导的可靠连接，简化加工。
附图说明
[0016]
图1为本实用新型中双脊波导的结构示意图；
[0017]
图2为本实用新型中双脊波导馈电e-t结构的结构示意图；
[0018]
图3为本实用新型中双脊波导-矩形波导转换器的结构示意图；
[0019]
图4为本实用新型中对称脊波导裂缝天线的结构示意图；
[0020]
图5为对称单脊波导的结构示意图。
[0021]
图中：1、双脊波导；2、脊部；5、双脊波导馈电e-t结构；6、双脊波导-矩形波导转换器；7、对称脊波导裂缝天线。
具体实施方式
[0022]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]
请参阅图1～5，本实用新型实施例中，谐振型脊波导裂缝天线的宽带低损耗馈电装置，包括双脊波导1、脊部2、双脊波导馈电e-t结构5、双脊波导-矩形波导转换器6与对称脊波导裂缝天线7，馈电装置以双脊波导馈电e-t结构5形式对脊波导裂缝天线7进行馈电，双脊波导1的两侧脊部2一体成型出各自平行引出梯形状金属平板(上下两块梯形交错)形成平板传输线传输tem波，且上下两块梯形状金属平板交错排列，经封闭金属空腔，与矩形波导上下宽壁内侧放置的金属匹配块连接，封闭金属空腔的过渡长度不到中心频率波长的八分之一，双脊波导1的宽壁尺寸不能大于脊波导裂缝天线波导宽壁尺寸。
[0024]
进一步，所述双脊波导1的宽壁尺寸不能大于脊波导裂缝天线波导宽壁尺寸。
[0025]
进一步，所述双脊波导1通过矩形金属块的匹配设计，金属匹配块具体尺寸与工作
频段相关，在双脊波导1的两个脊部2各放置一个金属匹配块，等效容性元件，实现阻抗匹配。
[0026]
进一步，所述双脊波导-矩形波导转换器6为一厚度近似等于中心波长1/8的封闭金属长方体空腔，长方体空腔宽边为矩形波导宽壁尺寸，窄边为双脊波导1宽壁尺寸。
[0027]
进一步，还包括以下设计参数：
[0028]
考虑x波段对称单脊波导裂缝天线(不对称脊波导裂缝天线亦可)，对称脊波导参数：宽边a＝14.3mm，窄边b＝6.59mm，脊高b-d＝6.59-2.6＝3.99mm，脊宽s＝5.7mm；这里选取脊波导裂缝天线其中一个子阵，由于是驻波阵，脊波导两端是金属短路板(子阵与子阵之间通过金属隔板实现物理隔离)；双脊波导1宽边a＝14.3mm，窄边b＝6.4mm，双脊之间距离 d＝2.6mm,脊宽s＝5.7mm。匹配块尺寸：5.5mm
×
1mm
×
0.8mm，距离脊波导裂缝天线的波导脊端面11.9mm；双脊波导-矩形波导转换器6的腔体厚度4.2mm，口径尺寸20.65mm
×
14.3mm，梯形状金属板尺寸5.7mm
×
1.65mm
×
4.2mm
×
1.5mm；矩形波导口径：20.65mm
×
5mm，宽壁内侧金属块尺寸8mm
×
1mm
×
2mm。
[0029]
参考矩形波导e-t结构的宽带特性，采用双脊波导对单脊波导裂缝天线子阵进行馈电，其设计方法如下：
[0030]
首先，确定双脊波导宽壁尺寸。脊波导裂缝天线相比矩形波导裂缝天线，由于独特的脊结构形式，使得波导宽壁尺寸可以进一步压缩，具备了组阵后实现
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60
°
大范围电子相扫的能力。因此，用于子阵馈电的双脊波导宽壁尺寸不能大于脊波导裂缝天线波导宽壁尺寸。考虑e-t结构匹配，选择双脊波导宽壁尺寸与脊波导裂缝天线波导宽壁尺寸相同。
[0031]
其次，确定双脊波导其它尺寸。双脊波导的窄边、脊的高度和宽度等参数可以根据工作带宽并结合双脊波导特性进行适当选择。
[0032]
最后，进行双脊波导e-t馈电的电讯仿真。由于双脊波导馈电破坏了脊波导裂天线的连续性，因此需要采取措施进行阻抗匹配设计。匹配设计的原则和思路可以借鉴矩形波导 e-t的匹配设计，但另一方面我们需要考虑匹配手段不能破坏脊波导裂缝天线自身匹配设计且不能影响馈电位置处辐射缝的电讯特性，因此选择在双脊波导段进行匹配设计。本实用通过在双脊波导的两个脊上各自放置一矩形金属块，调整金属块的尺以及金属块与脊波导裂缝天线馈电点的距离实现阻抗匹配。通过金属块容性公式进行初步设计，然后利用仿真软件完成参数优化设计。
[0033]
双脊波导-矩形波导转换器，脊波导裂缝天线划分成若干子阵后，后面需要接子阵功率分配器对子阵进行馈电，子阵功率分配器或合成器一般选用设计成熟、加工简单的矩形波导。因此在完成双脊波导馈电匹配设计后，还需要经双脊波导-矩形转换器过渡到矩形波导传输线形式，转换器在完成将双脊波导变换到矩形波导口的同时，也完成了电场极化的转换，这一点非常关键。
[0034]
双脊波导与矩形波导的特性阻抗不同，而且电场极化方向正交，因此需要进行阻抗变换和极化变换功能。双脊波导两个脊各自平行引出梯形状金属平板(上下两块梯形交错) 形成平板传输线传输tem波，经封闭金属空腔，与矩形波导上下宽壁内侧放置的金属匹配块连接，完成阻抗变换和极化转换。封闭金属空腔的过渡长度不到中心频率波长的八分之一，结构紧凑剖面低，对天线厚度影响极小。矩形波导宽壁内侧放置的金属块起到阻抗匹配作用。金属匹配块的尺寸可通过仿真软件参数优化设计完成最终确定。
[0035]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。