一种基于金属波导缝隙天线的单发单收系统

1.本实用新型属于雷达天线技术领域，具体涉及一种基于金属波导缝隙天线的单发单收系统。


背景技术：

2.5g时代已经来临，对于处于射频前端的天线提出了更高的要求。为了追求更宽的带宽以及更多的信道，mimo技术被广泛应用于5g天线领域。一般地，现在的基站天线从4g时代的十几个天线单元增至现在的几百甚至上千个，应用大规模波束赋形技术，相控阵的使用极大提升了信息的传播速率。相控阵后端需要加入t/r组件模块，且一般情况下每个单元都需要一个以进行移相或波束赋形激励。这就造成了实际成本很昂贵且制造技术非常复杂，相控阵单元间的耦合也非常强，会对单元间的隔离度造成很大的影响，并且其他各类指标都可能会存在各种问题。
3.而在其他一些应用场景之下，实际上有时不需要大规模的相控阵，可能仅需要几个单元即可完成任务。但是即便是两个天线并排放置，传统的pcb加工的贴片天线、偶极子天线等也存在比较大的耦合，隔离度将会对整体的收发性能产生至关重要的影响。对于空旷区域的安防警戒、牧区的无人看守等实际面积较大的应用场景，又需要尽可能高的增益以及尽可能低的隔离度和旁瓣，使得系统可以尽量覆盖所有区域的同时具备良好的分辨能力。虽然有各种各样的去耦技术和提高增益方式可以对整个天线系统进行处理，但是大多都会对其他的天线性能造成其他不利影响，亦或是增大天线尺寸或剖面体积。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术的不足，本实用新型提供一种基于金属波导缝隙天线的单发单收系统，以解决收发系统中隔离度较高且难以实现高增益及超低旁瓣的问题。
5.本实用新型提供的基于金属波导缝隙天线的单发单收系统，其结构参见图1和图2所示；由两个相隔一定距离的分别加装夹角反射器3的金属波导缝隙天线经机械固定组成；两个金属波导缝隙天线分别负责接收和发射；夹角反射器3用于提高天线的增益，并且尽量降低每个天线在e面的旁瓣，这样两个天线的隔离度可以进一步降低。其中：
6.所述的金属波导缝隙天线包括上方的辐射波导2和下方的馈电波导10，辐射波导2由馈电波导10通过馈电缝隙6耦合馈电，馈电波导10上表面与辐射波导2下表面紧密相接，耦合缝隙6贯穿两个表面且关于波导中心对称；
7.所述两个金属波导缝隙天线上方的辐射波导2表面各开有一排共n个辐射缝隙1，该排辐射缝隙1关于波导中心成镜像对称；波导内部的中心有一个与表面竖直的金属挡板11，将每根波导分成两根半波导，需要时可以进行和差波束。这里，辐射缝隙1的数量n 根据实际情况需求增益大小设计确定，为了匹配的便利， n可以为8-30，此处选为12；
8.所述夹角反射器3，是固定在金属波导缝隙天线两侧的具有一定夹角的两块平板式反射器，两块平板式反射器的夹角的大小根据实际需要设计确定，一般地，其夹角为30
°‑
60
°
，经过优化得到此时最好的夹角为45
°
，两个金属波导缝隙天线两侧的两块平板式反射器的结构一致。两块平板式反射器的两端处用环氧玻璃钢条4固定。
9.本实用新型中，下方的馈电波导10由同轴电缆7进行激励，在下表面设置有一个固定金属块8，用于对同轴电缆固定。为了对天线进行更好地匹配，在馈电波导10馈电点附近设置一个小金属块9，通过调节其大小和位置，对天线的阻抗匹配性能进行调节。
10.本实用新型中，系统中两个金属波导缝隙天线的距离需根据端口间隔离度的大小来做决定，一般为n倍中心波长，此处设定为9倍中心波长，以此来作为降低两端口隔离度的手段之一。
11.本实用新型中，天线系统需要经其背后的铝合金支架5在竖直平面固定。天线系统利用h面的辐射特性搭配一维转台进行方位角的机械扫描，可以实现360
°
的实时监测预警。
12.本实用新型中，电磁能量经同轴电缆7进入馈电波导10后激励上方耦合缝隙6，由馈电点附近的位于馈电波导内部下表面的小金属块9进行微扰，以实现较好的阻抗匹配，再由耦合缝隙6馈入辐射波导，最后通过上方辐射缝隙1辐射进入自由空间中。
13.本实用新型中，发射天线发射能量至远处碰到障碍物后返回进入接收天线，然后再进入后端进行数据处理以提供方位信息。
14.本实用新型设计的天线系统，其阻抗带宽可以达到2.6%，h面旁瓣几乎在-25 db以下，排列较为紧凑、定位精准、扰动较小、可靠性极高。
附图说明
15.图1为一种基于金属波导缝隙天线的单发单收系统斜视图。
16.图2为天线正视图。
17.图3为天线系统的有源驻波。
18.图4为两端口隔离度。
19.图5为在中心频率时，h面的水平极化与交叉极化方向图。
20.图中标号：1为金属波导上表面的辐射缝隙，2为辐射波导，3为夹角反射器，4为固定夹角反射器的环氧玻璃钢条，5为固定铝架,6为馈电缝隙，7为同轴电缆，8为同轴电缆固定金属块，9为金属小块，10为馈电波导，11为金属挡板。
具体实施方式
21.如图1所示为基于金属波导缝隙天线的单发单收系统斜视图，整个收发系统包括两个金属波导缝隙天线，每个天线上均在长边加装了夹角反射器3，为了机械稳定性，在夹角反射器的边缘各固定两根环氧玻璃钢长条4。每根金属波导2上表面均有20个辐射缝隙1，为了使两根天线可固定在同一水平面上并且可以保持竖直，利用铝合金支架5在下方分别对二者进行固定。
22.如图2所示为天线的正视图，馈电波导10上表面与上方辐射波导2下表面紧密相连，通过贯穿两个表面的辐射缝隙6进行电磁能量的耦合。下方的馈电波导10由同轴电缆7进行激励，为了对同轴电缆进行固定，在下表面机加工出一个固定金属块8。为了对天线进行更好地匹配，在馈电点附近加装一个小金属块9，通过调节其大小和位置可以对天线的阻抗匹配性能进行调节。
23.如图3所示为天线的有源驻波比，中心频率为16.15 ghz，以2为标准，阻抗带宽基本可以达到2.6%。
24.如图4所示为天线系统两端口间的隔离度，基本可以在带宽内达到大约-40 db的水平。
25.如图5所示为天线系统激励时h面的主极化与交叉极化有源方向图，旁瓣基本在-25 db以下。


技术特征：
1.一种基于金属波导缝隙天线的单发单收系统，其特征在于，由两个相隔一定距离的分别加装夹角反射器（3）的金属波导缝隙天线经机械固定组成；两个金属波导缝隙天线分别负责接收和发射；夹角反射器（3）用于提高天线的增益，并且尽量降低每个天线在e面的旁瓣；其中：所述的金属波导缝隙天线包括上方的辐射波导（2）和下方的馈电波导（10），辐射波导（2）由馈电波导（10）通过馈电缝隙（6）耦合馈电，馈电波导（10）上表面与辐射波导（2）下表面紧密相接，馈电缝隙（6）贯穿两个表面且关于波导中心对称；所述两个金属波导缝隙天线上方的辐射波导（2）表面各开有一排共n个辐射缝隙（1），该排辐射缝隙（1）关于波导中心成镜像对称；波导内部的中心有一个与表面竖直的金属挡板（11），将每根波导分成两根半波导，需要时可以进行和差波束；这里，辐射缝隙（1）的数量n 根据实际情况设计确定，n为8-30。2.根据权利要求1所述的基于金属波导缝隙天线的单发单收系统，其特征在于，所述夹角反射器（3），是固定在金属波导缝隙天线两侧的具有一定夹角的两块平板式反射器，两块平板式反射器的夹角的大小根据实际需要设计确定，其夹角为30
°‑
60
°
，经过优化得到此时最好的夹角为45
°
，两个金属波导缝隙天线两侧的两块平板式反射器的结构一致。3.根据权利要求2所述的基于金属波导缝隙天线的单发单收系统，其特征在于，下方的馈电波导（10）由同轴电缆（7）进行激励，在下表面设置有一个固定金属块（8），用于对同轴电缆固定；在馈电波导（10）馈电点附近设置一个小金属块（9），通过调节其大小和位置，对天线的阻抗匹配性能进行调节。4.根据权利要求3所述的基于金属波导缝隙天线的单发单收系统，其特征在于，所述两个金属波导缝隙天线的距离为9倍中心波长，以此来作为降低两端口隔离度的手段之一。5.根据权利要求1-4之一所述的基于金属波导缝隙天线的单发单收系统，其特征在于，天线系统由背后的铝合金支架（5）在竖直平面固定；天线系统利用h面的辐射特性搭配一维转台进行方位角的机械扫描，实现360
°
的实时监测预警。

技术总结
本实用新型属于雷达天线技术领域，具体为一种基于金属波导缝隙天线的单发单收系统。本实用新型系统由两个相隔一定距离的分别加装夹角反射器的金属波导缝隙天线经机械固定组成；两个金属波导缝隙天线分别负责接收和发射；夹角反射器用于提高天线的增益，并且尽量降低每个天线在E面的旁瓣；金属波导缝隙天线上表面各开有若干个缝隙，其关于波导中心成镜像对称；波导内部的中心有一个竖直的金属挡板，将每根波导分成两根半波导；较远的距离以及加装的反射器可以在尽可能提高天线增益并降低旁瓣的同时压低两个端口间的隔离度。该阵列阻抗带宽可以达到2.6%，H面旁瓣几乎在-25 dB以下，排列较为紧凑、定位精准、扰动较小、可靠性极高。靠性极高。靠性极高。


技术研发人员：张喆 尹卫爽 梁修业 曾建平 黄浩 关放 刘晓晗 资剑
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：2021.06.20
技术公布日：2022/1/28