一种V波段高效率相控阵天线的制作方法

本发明涉及v频段相控阵天线，更具体地讲，涉及一种v波段高效率相控阵天线。

背景技术：

1、相控阵天线是通过控制阵中各个天线单元馈电相位来改变天线波束指向，可快速进行波束扫描，实现多目标分类、识别和跟踪功能。近年来，工作于v波段的相控阵天线因其物理尺寸小、高增益、高安全性和高传输率等特点，在导引头、机载、星载雷达领域及无线通信领域均已得到广泛应用。在v波段，加工精度对相控阵天线性能影响较大，该频段主要采用微带类天线，微带天线剖面低、尺寸小，但是其带宽窄、功率容量较小、且在毫米波频段由于杂散辐射多，表面波效应严重，导致其辐射效率不高。多模喇叭天线相对微带类天线带宽更宽，功率容量更大，并且可通过优化内壁曲线，在口面处实现混合模式场，口径效率在毫米波频段能达到90％以上，在特定的应用场景中，拥有明显的优势。

2、在毫米波频段天线工艺的实现方面，间隙波导结构技术在近十年来得到了广泛关注。常规波导类器件在毫米波频段尺寸较小，为保证良好的电接触往往需要进行焊接，大大增加加工复杂度及成本；若波导器件之间仅通过紧固螺钉紧固法兰进行对接，两法兰连接表面之间会不可避免的存在空气缝隙，导致其性能恶化。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种v波段高效率相控阵天线；

2、本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

3、一种v波段高效率相控阵天线，包括在天线辐射口面形成混合模式场的喇叭段、矩-圆过渡段、同轴波导转换段、以及设置在样条函数曲线光壁喇叭段与矩-圆过渡段之间的间隙波导结构一、矩-圆过渡段与同轴波导转换段之间的间隙波导结构二；所述喇叭段、矩-圆过渡段、同轴波导转换段由上至下依次设置。

4、本发明通过喇叭口在天线辐射口面形成混合模式场；通过矩-圆过渡段进行过渡在保持低剖面特性的同时，有效地将矩形波导te10模式场转换为圆波导te11模式场；

5、通过同轴波导转换段实现在横向尺寸受限的情况下将同轴线tem模式场转换为矩形波导te10模式场，同时改变了矩形波导方向；

6、通过间隙波导结构(间隙波导结构一、间隙波导结构二)通过构造人工磁导体表面，使得喇叭段与矩-圆过渡段之间、矩-圆过渡段与同轴波导转换段之间均无需物理接触即可形成一个覆盖工作带宽的电磁禁带，电磁波在该禁带内无法传输，避免了大规模相控阵在传统法兰对接装配时容易出现的电磁泄漏问题。

7、在一些可能的实施方式中，为了有效通过同轴波导转换段实现在横向尺寸受限的情况下实现同轴-矩形波导模式的有效转换，使得驻波性能优、传输损耗低，保证天线整体的优良驻波性能；

8、所述同轴波导转换段包括转换基板、设置在转换基板内的阶梯过渡腔结构、以及与阶梯过渡结构连接且设置在转换基板底部的smp接头；

9、所述阶梯过渡腔结构的顶面对称设置有两组阶梯单元、以及用于将两组阶梯单元隔断的隔断阶梯，所述隔断阶梯与smp接头连接。

10、在一些可能的实施方式中，为了有效的使得喇叭段在天线辐射口面形成混合模式场；

11、所述喇叭段包括呈喇叭状的空心体、与空心体同轴连通且为一个整体的法兰安装板；所述空心体的小端设置在靠近法兰安装板的一侧；所述空心体的内壁呈曲面结构，其中曲面结构中的曲线由样条函数拟合获得。

12、在一些可能的实施方式中，为了实现在保持低剖面特性的同时，有效地将矩形波导te10模式场转换为圆波导te11模式场；

13、所述矩-圆过渡段内设置有与喇叭段和同轴波导转换段分别连通的矩-圆过渡腔室，在所述矩-圆过渡腔室的四个内侧面上分别设置有多级阶梯面。

14、在一些可能的实施方式中，为了有效的实现喇叭段与矩-圆过渡段之间、矩-圆过渡段与同轴波导转换段之间均无需物理接触即可形成一个覆盖工作带宽的电磁禁带，避免了大规模相控阵在传统法兰对接装配时容易出现的电磁泄漏问题；

15、所述间隙波导结构一包括设置在矩-圆过渡段靠近喇叭段一侧且与喇叭段之间形成间隙的多组方柱一、其中矩-圆过渡腔室周围的方柱一呈圆环状设置。

16、所述间隙波导结构二包括设置在矩-圆过渡段远离喇叭段一侧且与同轴波导转换段之间形成间隙的多组方柱二；其中矩-圆过渡腔室周围的多组方柱二呈方环状设置。

17、在一些可能的实施方式中，为了有效的实现矩-圆过渡段与喇叭段、同轴波导转换段的连接；

18、所述矩-圆过渡段包括两组平行设置且内部形成矩-圆过渡腔室的法兰板一和法兰板二、以及安装在法兰一和法兰板二上的限位支撑体；

19、所述法兰板二设置在法兰板一与同轴波导转换段之间。

20、在一些可能的实施方式中，

21、所述喇叭段安装在限位支撑体远离法兰板二的一端；所述限位支撑体远离喇叭段的一端安装在同轴波导转换段上；在所述同轴波导转换段上设置有限位支撑体对应设置的螺钉孔；紧固螺钉的一端穿过喇叭段、限位支撑体与螺钉孔螺接配合连接。

22、在一些可能的实施方式中，

23、所述喇叭段为多组且呈阵列设置，所述矩-圆过渡段、转换基板上的阶梯过渡腔结构均为多组且分别与与喇叭段一一对应设置。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果：

25、本发明通过采用样条函数曲线对于喇叭段的内壁进行拟合优化，实现高口径效率和低剖面特性；

26、本发明通过在矩-圆过渡段采用四面多级阶梯进行过渡，大幅降低剖面高度；

27、本发明通过设置间隙波导结构(间隙波导结构一、间隙波导结构二)通过构造人工磁导体表面，使得喇叭段与矩-圆过渡段之间、矩-圆过渡段与同轴波导转换段之间均无需物理接触即可形成一个覆盖工作带宽的电磁禁带，电磁波在该禁带内无法传输，避免了大规模相控阵在传统法兰对接装配时容易出现的电磁泄漏问题；

28、本发明能够大大降低毫米波相控阵天线的加工难度，简化装配流程，并且能够有效保证天线性能一致性。

技术特征：

1.一种v波段高效率相控阵天线，其特征在于，包括在辐射口面形成混合模式场的喇叭段、矩-圆过渡段、同轴波导转换段、以及设置在样条函数曲线光壁喇叭段与矩-圆过渡段之间的间隙波导结构一、矩-圆过渡段与同轴波导转换段之间的间隙波导结构二；所述喇叭段、矩-圆过渡段、同轴波导转换段由上至下依次设置。

2.根据权利要求1所述的一种v波段高效率相控阵天线，其特征在于，所述同轴波导转换段包括转换基板、设置在转换基板内的阶梯过渡腔结构、以及与阶梯过渡结构连接且设置在转换基板底部的smp接头；

3.根据权利要求1所述的一种v波段高效率相控阵天线，其特征在于，所述喇叭段包括呈喇叭状的空心体、与空心体同轴连通且为一个整体的法兰安装板；所述空心体的小端设置在靠近法兰安装板的一侧；所述空心体的内壁呈曲面结构，其中曲面结构中的曲线由样条函数拟合获得。

4.根据权利要求1所述的一种v波段高效率相控阵天线，其特征在于，所述矩-圆过渡段内设置有与喇叭段和同轴波导转换段分别连通的矩-圆过渡腔室，在所述矩-圆过渡腔室的四个内侧面上分别设置有多级阶梯面。

5.根据权利要求4所述的一种v波段高效率相控阵天线，其特征在于，所述间隙波导结构一包括设置在矩-圆过渡段靠近喇叭段一侧且与喇叭段之间形成间隙的多组方柱一、其中矩-圆过渡腔室周围的方柱一呈圆环状设置。

6.根据权利要求4所述的一种v波段高效率相控阵天线，其特征在于，所述间隙波导结构二包括设置在矩-圆过渡段远离喇叭段一侧且与同轴波导转换段之间形成间隙的多组方柱二；其中矩-圆过渡腔室周围的多组方柱二呈方环状设置。

7.根据权利要求4所述的一种v波段高效率相控阵天线，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的一种v波段高效率相控阵天线，其特征在于，所述喇叭段安装在限位支撑体远离法兰板二的一端；所述限位支撑体远离喇叭段的一端安装在同轴波导转换段上；在所述同轴波导转换段上设置有限位支撑体对应设置的螺钉孔；紧固螺钉的一端穿过喇叭段、限位支撑体与螺钉孔螺接配合连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种v波段高效率相控阵天线，其特征在于，所述喇叭段为多组且呈阵列设置，所述矩-圆过渡段、转换基板上的阶梯过渡腔结构均为多组且分别与与喇叭段一一对应设置。

技术总结
本发明涉及V频段相控阵天线技术领域，具体公开了一种V波段高效率相控阵天线，包括在辐射口面形成混合模式场的喇叭段、矩‑圆过渡段、同轴波导转换段、以及设置在样条函数曲线光壁喇叭段与矩‑圆过渡段之间的间隙波导结构一、矩‑圆过渡段与同轴波导转换段之间的间隙波导结构二；所述喇叭段、矩‑圆过渡段、同轴波导转换段由上至下依次设置。本发明能够大大降低毫米波相控阵天线的加工难度，简化装配流程，并且能够有效保证天线性能一致性。

技术研发人员：谢家豪,张阔,冯鹏雨,侯伶利,鲍鸿飞,唐益民,林鑫超,薛金阳
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十九研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11