專利名稱：中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線，可作為大型相控陣天線的組陣單元，屬于波導(dǎo)縫隙天線技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
波導(dǎo)縫隙天線由于具有輻射效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、易于實(shí)現(xiàn)低副瓣、性能穩(wěn)定可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，在彈載、機(jī)載等雷達(dá)設(shè)備中獲得了廣泛應(yīng)用。常規(guī)的寬邊波導(dǎo)縫隙天線采用在波導(dǎo)寬邊中心線兩側(cè)交替開縱縫實(shí)現(xiàn)同相輻射。一般波導(dǎo)的寬邊長度約為O. 75 λ J λ ^為自由空間波長)。組成面陣時(shí)與波導(dǎo)垂直方向的組陣間距為波導(dǎo)的寬邊尺寸加上波導(dǎo)壁厚。由相控陣的掃描角度Θ與單元組陣間距S的關(guān)系可知，當(dāng)S< λ/α+sine)才能避免方向圖柵瓣的出現(xiàn)。因此常規(guī)的寬邊波導(dǎo)縫隙天線不適用于相控陣天線的組陣單元。為了解決這個(gè)問題，可以采用脊波導(dǎo)縫隙天線形式。脊波導(dǎo)與常規(guī)的波導(dǎo)相比，寬邊長度可以減小約一半。關(guān)于脊波導(dǎo)縫隙天線的形式已有多篇文獻(xiàn)報(bào)道。南京電子十四所的金林在文章不對稱脊波導(dǎo)寬邊中心裂縫天線的設(shè)計(jì)中介紹了在不對稱脊波導(dǎo)寬邊中心線上開縫的縫隙天線形式，采用不對稱脊波導(dǎo)段的不對稱程度來控制每個(gè)縫隙輻射出的能量，天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度也很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線，該天線可以實(shí)現(xiàn)低副瓣，且結(jié)構(gòu)緊湊，饋電方式簡單，便于加工和組成大型相控陣天線的中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線。本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線，包括脊波導(dǎo)、輻射縫隙和金屬調(diào)諧塊，其中脊波導(dǎo)由金屬脊與波導(dǎo)組成，金屬脊設(shè)置在波導(dǎo)腔內(nèi)部的一個(gè)波導(dǎo)面上，在設(shè)置有金屬脊的波導(dǎo)面上還開有一系列輻射縫隙，所述輻射縫隙在金屬脊的兩側(cè)交替排列，形成縫隙陣；在波導(dǎo)腔內(nèi)部與輻射縫隙相對的金屬脊的另一例放置金屬調(diào)諧塊，金屬調(diào)諧塊緊貼金屬脊與波導(dǎo)面，金屬調(diào)諧塊用于調(diào)節(jié)輻射縫隙的等效導(dǎo)納并使輻射縫隙的等效電納為零，使輻射縫隙處于諧振狀態(tài)；波導(dǎo)的激勵(lì)采用中心饋電的方式以展寬帶寬，通過將同軸探針從波導(dǎo)腔內(nèi)部與金屬脊相對的波導(dǎo)面中插入對波導(dǎo)進(jìn)行激勵(lì)，或者通過在波導(dǎo)腔內(nèi)部與金屬脊相對的波導(dǎo)面上放置饋電波導(dǎo)，并在波導(dǎo)與饋電波導(dǎo)的公共壁上開設(shè)中心傾斜縫對波導(dǎo)進(jìn)行激勵(lì)。在上述中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線中，在設(shè)置有金屬脊的波導(dǎo)面上開設(shè)的縫隙陣中，相鄰兩個(gè)輻射縫隙的間距為半個(gè)波導(dǎo)波長。在上述中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線中，輻射縫隙的長度決定輻射能量的大小，輻射縫隙越長，輻射能量越大。在上述中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線中，輻射縫隙的長度決定金屬調(diào)諧塊的尺寸，輻射縫隙越長，金屬調(diào)諧塊的尺寸越大。
在上述中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線中，同軸探針從波導(dǎo)腔內(nèi)部與金屬脊相對的波導(dǎo)面中插入波導(dǎo)，使同軸探針位于波導(dǎo)的中心線上，并處在相鄰兩個(gè)輻射縫隙的中間位置。在上述中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線中，波導(dǎo)與饋電波導(dǎo)的公共壁上開設(shè)有中心傾斜縫，中心傾斜縫的中心同時(shí)位于波導(dǎo)的中心線和饋電波導(dǎo)的中心線上，并處在相鄰兩個(gè)輻射縫隙的中間位置。在上述中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線中，同軸探針兩側(cè)對稱放置兩個(gè)金屬膜片，通過調(diào)節(jié)金屬膜片的位置和高度，以匹配由同軸探針插入波導(dǎo)引起的反射，從而調(diào)節(jié)同軸饋電端口的駐波比。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果(I)本發(fā)明對脊波導(dǎo)縫隙天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，在脊波導(dǎo)中設(shè)置有金屬脊的波導(dǎo)面上開有一系列在金屬脊的兩側(cè)交替排列的輻射縫隙，形成縫隙陣；在波導(dǎo)內(nèi)部與輻射縫隙相對的金屬脊的另一側(cè)放置金屬調(diào)諧塊，金屬調(diào)諧塊緊貼金屬脊與波導(dǎo)面，波導(dǎo)的激勵(lì)采用中心饋電的方式以展寬帶寬，饋電方式簡單，且結(jié)構(gòu)緊湊，可以實(shí)現(xiàn)低副瓣，易于加工和組成大型相控陣天線；(2)本發(fā)明波導(dǎo)的激勵(lì)采用中心饋電的方式以展寬帶寬，可以采用同軸探針底饋的方式對脊波導(dǎo)進(jìn)行饋電，適用于相控陣，也可以采用中心傾斜縫背饋等常規(guī)的波導(dǎo)饋電方式進(jìn)行饋電，適用于組成大型平面陣，饋電方式靈活，滿足不同的應(yīng)用需求；(3)本發(fā)明在脊波導(dǎo)有脊的一面開縫形成縫隙天線，通過調(diào)節(jié)縫隙長度和縫隙對面放置的金屬調(diào)諧塊的尺寸來控制縫隙輻射的能量；在脊波導(dǎo)寬邊緊靠脊的側(cè)壁開縫，不再采用傳統(tǒng)的改變縫的偏置來調(diào)節(jié)縫隙輻射的能量的方法，引入金屬調(diào)諧塊，通過調(diào)節(jié)縫長和金屬調(diào)諧塊的尺寸來控制縫隙輻射的能量，從而實(shí)現(xiàn)需要的口徑分布；(4)本發(fā)明采用同軸探針底饋的方式對脊波導(dǎo)進(jìn)行激勵(lì)時(shí)，將同軸線內(nèi)導(dǎo)體延伸一小段沿電場方向插入波導(dǎo)內(nèi)可以激勵(lì)起波導(dǎo)內(nèi)的場，但是探針插入波導(dǎo)內(nèi)會(huì)引起反射，對波導(dǎo)內(nèi)的場產(chǎn)生很大的擾動(dòng)，因此利用金屬膜片放入波導(dǎo)內(nèi)產(chǎn)生的反射波來抵消探針插入波導(dǎo)內(nèi)引起的反射波，從而減小端口的反射，降低駐波比。


圖I為本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線剖面圖；圖3為本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線采用同軸底饋結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線采用同軸底饋結(jié)構(gòu)的局部放大圖；圖5為本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線采用中心傾斜縫背饋結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線中金屬調(diào)諧塊的尺寸示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述如圖I所示為本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線剖面圖；由圖可知本發(fā)明脊波導(dǎo)縫隙天線，包括脊波導(dǎo)、輻射縫隙3和金屬調(diào)諧塊4，其中脊波導(dǎo)由金屬脊2與波導(dǎo)I組成，金屬脊2設(shè)置在波導(dǎo)I腔內(nèi)部的一個(gè)波導(dǎo)I面上(波導(dǎo)的寬邊)，在設(shè)置有金屬脊2的波導(dǎo)I面上開有一系列輻射縫隙3，輻射縫隙3在金屬脊2的兩側(cè)交替排列，形成縫隙陣，相鄰兩個(gè)輻射縫隙3的間距為半個(gè)波導(dǎo)波長。在波導(dǎo)I腔內(nèi)部與輻射縫隙3相對的金屬脊2的另一側(cè)放置金屬調(diào)諧塊4，金屬調(diào)諧塊4緊貼金屬脊2與波導(dǎo)I面，金屬調(diào)諧塊4用于調(diào)節(jié)輻射縫隙3的等效導(dǎo)納使輻射縫隙3的等效電納為零，使輻射縫隙3處于諧振狀態(tài)。輻射縫隙3的長度決定輻射能量的大小，輻射縫隙3越長，輻射能量越大。輻射縫隙3的長度決定金屬調(diào)諧塊4的尺寸，輻射縫隙3越長，金屬調(diào)諧塊4的尺寸越大。根據(jù)天線尺寸和掃描角度等確定組陣間距。由垂直于波導(dǎo)方向的組陣間距確定脊波導(dǎo)寬邊的尺寸，脊波導(dǎo)窄邊尺寸約為寬邊長度的一半。調(diào)節(jié)脊的尺寸使脊波導(dǎo)工作在需要的頻率下。脊波導(dǎo)的尺寸確定后就可以得到脊波導(dǎo)的波導(dǎo)波長，從而確定沿波導(dǎo)方向的組陣間距，即半個(gè)波導(dǎo)波長。在脊波導(dǎo)寬邊上緊貼金屬脊2的位置開輻射縫隙3，輻射縫隙3的初始尺寸約為半個(gè)工作波長。在緊貼金屬脊2的另一側(cè)與輻射縫隙3相對的位置放置一個(gè)金屬調(diào)諧決4，固定縫隙長度同時(shí)調(diào)節(jié)金屬調(diào)諧塊4的尺寸，使縫隙的等效電納為零，同時(shí)得到縫隙諧振時(shí)的等效電導(dǎo)。如圖2所示，考慮到加工的便利，一般固定金屬調(diào)諧塊4的高度與金屬脊I高度相同、寬度為金屬脊2與波導(dǎo)I側(cè)壁(波導(dǎo)的窄邊)之間的距離，只對金屬調(diào)諧塊4的長度進(jìn)行調(diào)節(jié)。如圖6所示為本發(fā)明金屬調(diào)諧塊的尺寸示意圖。改變縫隙長度，重復(fù)上述步驟就可以得到縫隙長度與等效電導(dǎo)的對應(yīng)關(guān)系以及諧振縫長與調(diào)諧塊尺寸的關(guān)系。然后由需要的口徑分布計(jì)算出每個(gè)單元對應(yīng)的等效電導(dǎo)值，就可以反演出輻射縫隙3和金屬調(diào)諧塊4的相關(guān)參數(shù)。由于縫隙長度和等效電導(dǎo)的關(guān)系的獲得不可能完全考慮到縫隙的實(shí)際輻射環(huán)境，因此理論計(jì)算得到的縫隙參數(shù)與實(shí)際有一定差別，因此還要在陣列中對縫隙參數(shù)進(jìn)行微調(diào)以實(shí)現(xiàn)需要的口徑分布。波導(dǎo)I的激勵(lì)采用中心饋電的方式以展寬帶寬，可以采用同軸探針底饋的方式對波導(dǎo)進(jìn)行激勵(lì)，也可以采用波導(dǎo)中心傾斜縫背饋等常規(guī)的波導(dǎo)饋電方式進(jìn)行饋電。即通過將同軸探針5從波導(dǎo)I內(nèi)部與金屬脊2相對的波導(dǎo)I面中插入對波導(dǎo)I進(jìn)行激勵(lì)，或者通過在波導(dǎo)I內(nèi)部與金屬脊2相對的波導(dǎo)I面上放置饋電波導(dǎo)8，并在波導(dǎo)I與饋電波導(dǎo)8的公共壁上開設(shè)中心傾斜縫9對波導(dǎo)I進(jìn)行激勵(lì)。如圖3所示為本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線采用同軸底饋結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線采用同軸底饋結(jié)構(gòu)的局部放大圖，同軸探針5從波導(dǎo)I內(nèi)部與金屬脊2相對的波導(dǎo)I面中插入，使同軸探針5位于波導(dǎo)I的中心線上，并處在相鄰兩個(gè)輻射縫隙3的中間位置。為保證較強(qiáng)的激勵(lì)使同軸探針5與脊波導(dǎo)的金屬脊2的底面接觸。在同軸探針5兩側(cè)對稱放置兩個(gè)金屬膜片7，并調(diào)節(jié)金屬膜片7的位置和高度，以匹配由同軸探針5插入波導(dǎo)引起的反射，從而調(diào)節(jié)同軸饋電端口的駐波比。同軸探針5包括內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體的一部分插入波導(dǎo)I內(nèi)部。同軸底饋的饋電方式類似于波導(dǎo)的E-T功分器，因此為了保證縫隙同相，與同軸探針5相鄰的兩側(cè)的輻射縫隙3對稱放置，如圖I所
/Jn ο如圖5為本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線采用中心傾斜縫背饋結(jié)構(gòu)示意圖，與常規(guī)的波導(dǎo)饋電方式相似，在饋電波導(dǎo)8與輻射波導(dǎo)I的公共壁上開傾斜一定角度的中心傾斜縫9。中心傾斜縫9的中心同時(shí)位于波導(dǎo)2的中心線和饋電波導(dǎo)8的中心線上，并處在相鄰兩個(gè)輻射縫隙3的中間位置。
中心傾斜縫9傾角的大小決定耦合量，長度決定縫隙的諧振。饋電波導(dǎo)8的波導(dǎo)波長確定后，饋電波導(dǎo)8的尺寸也因此而確定。本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線的原理如下在脊波導(dǎo)的寬邊上開縫，切斷波導(dǎo)表面電流，因而向外輻射能量。由于脊波導(dǎo)中脊的存在，改變了波導(dǎo)中場的分布，使場能量集中在脊的附近。在脊波導(dǎo)寬邊緊靠脊的側(cè)壁開縫，傳統(tǒng)的改變縫的偏置來調(diào)節(jié)縫隙輻射的能量的方法不再適用，因此引入金屬調(diào)諧塊，通過調(diào)節(jié)縫隙長度和金屬調(diào)諧塊的尺寸來控制縫隙輻射的能量，從而實(shí)現(xiàn)需要的口徑分布。采用同軸探針底饋的方式對脊波導(dǎo)進(jìn)行激勵(lì)時(shí)，將同軸線內(nèi)導(dǎo)體延伸一小段沿電場方向插入波導(dǎo)內(nèi)可以激勵(lì)起波導(dǎo)內(nèi)的場。但是探針插入波導(dǎo)內(nèi)會(huì)引起反射，對波導(dǎo)內(nèi)的場產(chǎn)生很大的擾動(dòng)。因此利用金屬膜片放入波導(dǎo)內(nèi)產(chǎn)生的反射波來抵消探針插入波導(dǎo)內(nèi)引起的反射波，從而減小端口的反射，降低駐波比。而用波導(dǎo)中心傾斜縫背饋的饋電方式對脊波導(dǎo)進(jìn)行激勵(lì)的原理與常規(guī)的波導(dǎo)相同。本發(fā)明設(shè)計(jì)的中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線，可以實(shí)現(xiàn)低副瓣，且結(jié)構(gòu)緊湊，饋電方式簡單，易于加工和組成大型相控陣天線。以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線，其特征在于包括脊波導(dǎo)、輻射縫隙(3)和金屬調(diào)諧塊(4)，其中脊波導(dǎo)由金屬脊(2)與波導(dǎo)⑴組成，金屬脊(2)設(shè)置在波導(dǎo)⑴腔內(nèi)部的一個(gè)波導(dǎo)(I)面上，在設(shè)置有金屬脊(2)的波導(dǎo)(I)面上還開有一系列輻射縫隙(3)，所述輻射縫隙(3)在金屬脊(2)的兩側(cè)交替排列，形成縫隙陣；在波導(dǎo)(I)腔內(nèi)部與輻射縫隙(3)相對的金屬脊(2)的另一側(cè)放置金屬調(diào)諧塊(4)，金屬調(diào)諧塊(4)緊貼金屬脊(2)與波導(dǎo)(I)面，金屬調(diào)諧塊(4)用于調(diào)節(jié)輻射縫隙(3)的等效導(dǎo)納并使輻射縫隙(3)的等效電納為零，使輻射縫隙(3)處于諧振狀態(tài)；波導(dǎo)(I)的激勵(lì)采用中心饋電的方式以展寬帶寬，通過將同軸探針(5)從波導(dǎo)(I)腔內(nèi)部與金屬脊(2)相對的波導(dǎo)(I)面中插入對波導(dǎo)(I)進(jìn)行激勵(lì)，或者通過在波導(dǎo)(I)腔內(nèi)部與金屬脊(2)相對的波導(dǎo)(I)面上放置饋電波導(dǎo)(8)，并在波導(dǎo)(I)與饋電波導(dǎo)(8)的公共壁上開設(shè)中心傾斜縫(9)對波導(dǎo)(I)進(jìn)行激勵(lì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線，其特征在于所述在設(shè)置有金屬脊(2)的波導(dǎo)(I)面上開設(shè)的縫隙陣中，相鄰兩個(gè)輻射縫隙(3)的間距為半個(gè)波導(dǎo)波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線，其特征在于所述輻射縫隙(3)的長度決定輻射能量的大小，輻射縫隙(3)越長，輻射能量越大。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線，其特征在于所述輻射縫隙(3)的長度決定金屬調(diào)諧塊(4)的尺寸，輻射縫隙(3)越長，金屬調(diào)諧塊(4)的尺寸越大。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線，其特征在于所述同軸探針(5)從波導(dǎo)⑴腔內(nèi)部與金屬脊⑵相對的波導(dǎo)⑴面中插入波導(dǎo)(I)，使同軸探針(5)位于波導(dǎo)(I)的中心線上，并處在相鄰兩個(gè)輻射縫隙(3)的中間位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線，其特征在于所述波導(dǎo)(I)與饋電波導(dǎo)(8)的公共壁上開設(shè)有中心傾斜縫(9)，中心傾斜縫(9)的中心同時(shí)位于波導(dǎo)(I)的中心線和饋電波導(dǎo)(8)的中心線上，并處在相鄰兩個(gè)輻射縫隙(3)的中間位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線，其特征在于所述同軸探針(5)兩側(cè)對稱放置兩個(gè)金屬膜片(7)，通過調(diào)節(jié)金屬膜片(7)的位置和高度，以匹配由同軸探針(5)插入波導(dǎo)(I)引起的反射，從而調(diào)節(jié)同軸饋電端口的駐波比。
全文摘要
本發(fā)明涉及中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線，在脊波導(dǎo)有脊的一面，在脊的兩側(cè)交錯(cuò)開縫形成縫隙陣，與縫隙相對的脊的另一側(cè)放置金屬調(diào)諧塊，金屬調(diào)諧塊緊貼金屬脊與波導(dǎo)面，用于調(diào)節(jié)輻射縫隙的等效導(dǎo)納并使輻射縫隙的等效電納為零，使輻射縫隙處于諧振狀態(tài)，波導(dǎo)的激勵(lì)采用中心饋電的方式以展寬帶寬，由于激勵(lì)位置位于脊波導(dǎo)非加脊的一面，可以采用同軸探針底饋的方式，也可以采用波導(dǎo)中心傾斜縫背饋等常規(guī)的波導(dǎo)饋電方式；本發(fā)明中心饋電脊波導(dǎo)縫隙天線提出了一種波導(dǎo)縫隙天線的新形式，可以實(shí)現(xiàn)低副瓣，且結(jié)構(gòu)緊湊，饋電方式簡單，易于加工，可以作為相控陣天線的組陣單元。
文檔編號H01Q13/08GK102931492SQ20121042864
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者丁曉磊, 孟明霞, 郭恒 申請人:北京遙測技術(shù)研究所, 航天長征火箭技術(shù)有限公司