CN109687103A - 一种圆极化波导裂缝天线单元及天线阵 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种圆极化波导裂缝天线单元，包括从上到下依次分布的第一层结构组、第二层结构组、第三层结构组和第四层结构组，所述第一层结构组包括若干金属立柱，所述第二层结构组包括若干梅花状波导圆极化器和设置于所述波导圆极化器之间的减重腔，所述第三层结构组包括波导裂缝天线单元，所述第四层结构组包括一分二波导功分器及直角弯波导；本发明所述圆极化波导裂缝天线单元，其辐射缝位于波导腔水平中心线，可保证天线单元随机交错分布时相邻圆极化器不出现冲突，同时有利于配置减重腔位置。

Description

一种圆极化波导裂缝天线单元及天线阵

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种圆极化波导裂缝天线单元及天线阵。

背景技术

有源相控阵天线越来越多的应用于雷达***，圆极化波导裂缝天线因可靠性高、辐射效率高、性能稳定而广受欢迎。采用子阵级数字化、单元级随机布阵等措施是降低口径内天线通道数量，抑制天线阵栅瓣及副瓣的有效方法。

传统的圆极化波导裂缝天线，辐射缝以波导水平中心线上下偏置，对应的波导圆极化器也是上下偏置分布，这种结构形式通常会造成圆极化器超出天线单元间距，随机布阵时造成上下两排相邻圆极化器交叉，破坏圆极化器完整性，影响天线整体性能。子阵级数字化技术，可减少有源通道数量，但会造成扫描单元间距增大，导致大角度扫描出现栅瓣，扫描驻波增大等问题。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种圆极化波导裂缝天线单元包括从上到下依次分布的第一层结构组、第二层结构组、第三层结构组和第四层结构组，所述第三层结构组包括两根完全相同且并排设置的裂缝天线波导，所述裂缝天线波导上均设置有若干辐射缝，所述辐射缝均对应设置于所述裂缝天线波导上壁的水平中心线上，所述辐射缝下方的波导腔内设置有调谐钉；

所述第二层结构组包括波导圆极化器和减重腔；所述波导圆极化器及所述减重腔位于所述裂缝天线波导的上方，所述辐射缝和所述波导圆极化器一一对应设置，且所述波导圆极化器位于对应所述辐射缝的正上方；所述波导圆极化器之间设置有长方体的所述减重腔，所述减重腔上部开有透气孔；

所述第一层结构组包括金属立柱，所述金属立柱竖直设置于所述减重腔的正上方；

所述第四层结构组包括一分二波导功分器和直角弯波导；所述一分二波导功分器和所述直角弯波导相连形成馈电部分。

较佳的，所述裂缝天线波导为矩形波导或脊波导，所述辐射缝设置为水平向等间距分布的矩形辐射缝，单个所述辐射缝上的四个顶角倒角均为圆弧。

较佳的，所述调谐钉位于所述辐射缝下方，所述调谐钉和所述辐射缝一一对应设置，且所述调谐钉交错分布在所述辐射缝的两侧。

较佳的，所述调谐钉设置为长方体状或圆柱体状，所述调谐钉与所述裂缝天线波导上壁相连,所述调谐钉的高度尺寸小于所述裂缝天线波导内波导腔的高度尺寸。

较佳的，所述波导圆极化器设置为内部四边加脊的矩形波导，相对边上两脊的高度尺寸和宽度尺寸均相同，相邻边上两脊的高度尺寸和宽度尺寸不同或不全相同，形成横截面为梅花状的所述波导圆极化器。

较佳的，所述波导圆极化器上的内直角及脊外直角均设置圆弧倒角。

较佳的，所述减重腔底部与所述波导圆极化器底部平齐，所述减重腔的高度尺寸小于所述波导圆极化器的高度尺寸，所述减重腔顶部设置有外壁。

较佳的，所述透气孔设置为圆形孔，所述透气孔位于所述减重腔的顶部外壁上。

较佳的，所述一分二波导功分器设置为T字形波导功分器，所述一分二波导功分器的总口和所述直角弯波导互连，所述一分二波导功分器的分口分别与所述波导裂缝天线单元上两并排的所述裂缝天线波导下壁相连。

一种圆极化波导裂缝天线阵，包括所述圆极化波导裂缝天线单元；相邻所述圆极化波导裂缝天线单元交错设置。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：1，本发明所述圆极化波导裂缝天线单元，其辐射缝位于波导腔水平中心线，可保证天线单元随机交错分布时相邻圆极化器不出现冲突，同时有利于配置减重腔位置，便于设置更大更规则减重腔，用于减重和加工；2，减重腔上方增加金属立柱提高了相邻天线单元间的隔离度，降低了天线扫描驻波；3，以圆极化波导裂缝天线单元组成的随机分布天线阵，可有效抑制天线阵栅瓣，具备大间距大角度扫描能力，具备重量轻，同等口径下馈电通道数量少等诸多优点，具有突出创造性，有很高的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明所述圆极化波导裂缝天线单元的立体图；

图2为本发明所述圆极化波导裂缝天线单元的主视图；

图3为本发明所述圆极化波导裂缝天线单元的俯视图；

图4为本发明所述圆极化波导裂缝天线单元的左视图；

图5为本发明所述圆极化波导裂缝天线阵的结构图。

图中数字表示：

1-金属立柱；2-波导圆极化器；3-减重腔；4-裂缝天线波导；5-辐射缝；6-调谐钉；7-一分二波导功分器；8-直角弯波导；9-透气孔；10-总口；11-分口。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1-图4所示，图1为本发明所述圆极化波导裂缝天线单元的立体图；图2为本发明所述圆极化波导裂缝天线单元的主视图；图3为本发明所述圆极化波导裂缝天线单元的俯视图；图4为本发明所述圆极化波导裂缝天线单元的左视图。

本发明所述圆极化波导裂缝天线单元包括从上到下依次分布的第一层结构组、第二层结构组、第三层结构组和第四层结构组，其中，所述第一层结构组包括若干金属立柱1，所述第二层结构组包括若干梅花状波导圆极化器2和设置于所述波导圆极化器2之间的减重腔3，所述第三层结构组包括波导裂缝天线单元，所述第四层结构组包括一分二波导功分器7及直角弯波导8。

所述波导裂缝天线单元包括两根完全相同且并排设置的裂缝天线波导4，所述裂缝天线波导4上均设置有若干辐射缝5，所述辐射缝5均对应设置于所述裂缝天线波导4上壁的水平中心线上，所述辐射缝5下方的波导腔内设置有调谐钉6。所述辐射缝5的位置设置，可避免所述圆极化波导裂缝天线单元随机交错分布时相邻所述波导圆极化器2出现冲突，以满足随机布阵要求。

所述第二层结构组上的所述波导圆极化器2及所述减重腔3位于所述裂缝天线波导4的上方，所述辐射缝5和所述波导圆极化器2一一对应设置，且所述波导圆极化器2位于对应所述辐射缝5的正上方。

所述第二层结构组上的所述波导圆极化器2之间的空间设置有长方体的所述减重腔3，所述减重腔3上部开有两个圆形透气孔9。

所述第一层结构组上的所述金属立柱1竖直设置于所述减重腔3的正上方。

所述第四层结构组的所述一分二波导功分器7和所述直角弯波导8作为本发明所述圆极化波导裂缝天线的馈电部分。

较佳的，所述裂缝天线波导为矩形波导或脊波导，所述辐射缝5设置为水平向等间距分布的矩形辐射缝5，单个所述辐射缝5上的四个顶角倒角均为圆弧。所述调谐钉6位于所述辐射缝5下方，且交错分布在所述辐射缝5的两侧；具体的，所述调谐钉6和所述辐射缝5一一对应设置，相邻所述辐射缝5上的所述调谐钉6以所述波导裂缝波导上壁的水平中心线左右交错设置。

所述调谐钉6可设置为长方体状或圆柱体状，所述调谐钉6与所述裂缝天线波导4上壁相连。一般的，所述调谐钉6的高度尺寸小于所述波导腔的高度尺寸。

所述波导圆极化器2设置为具有一定高度且四边内部加脊的矩形波导，相对边上两脊的高度尺寸和宽度尺寸均相同，相邻边上两脊的高度尺寸和宽度尺寸不同或不全相同，从而形成横截面为梅花状的所述波导圆极化器2。所述波导圆极化器2矩形波导上的内直角及脊外直角均设置圆弧倒角。

所述减重腔3位于所述波导圆极化器2之外的空间上，所述减重腔3底部与所述波导圆极化器2底部平齐，所述减重腔3的高度尺寸小于所述波导圆极化器2的高度尺寸，即所述减重腔3顶部设置有具有一定厚度的外壁。每个所述减重腔3对应有两个所述透气孔9，所述透气孔9可设置为圆形，所述透气孔9位于所述减重腔3的顶部外壁上。

所述金属立柱1为圆柱体或长方体状，大部分所述金属立柱1位于所述减重腔3的正上方。为兼顾所述圆极化波导裂缝天线单元组成天线阵，位于天线外侧的所述金属立柱1位置可根据布阵需要进行调整；所述金属立柱1增加相邻所述圆极化波导裂缝天线单元间的隔离度，有利于降低天线扫描驻波。

所述一分二波导功分器7设置为T字形波导功分器，所述一分二波导功分器7的总口10和所述直角弯波导8互连，所述一分二波导功分器7的分口11设置为含两级阶梯匹配的波导，所述分口11分别与所述波导裂缝天线单元上两并排所述裂缝天线波导4下壁相连，为所述波导裂缝天线提供馈电通道；所述一分二波导功分器7和所述直角弯波导8配合设置可根据实际工作情况将天线馈电口设置于合适的馈电位置。

所述圆极化波导裂缝天线单元可以灵活组成各种形式的天线阵；以所述圆极化波导裂缝天线单元组成的随机分布天线阵，可有效抑制天线阵栅瓣、副瓣，具备大间距大角度扫描能力，具备重量轻，同等口径下馈电通道数量少等诸多优点，具有突出创造性，有很高的工程应用价值。

实施例二

具体的，所述圆极化波导裂缝天线单元在结构上分成4层，采用分层加工再焊接的方式制备整个所述圆极化波导裂缝天线单元。具体加工方式为：所述第一层结构组的所述金属立柱1，可单独加工；所述第二层结构组的所述波导圆极化器2及所述减重腔3，在此层完成圆极化器及减重腔3加工；所述第三层结构组的所述裂缝天线波导4、所述辐射缝5及所述调谐钉6，在此层完成上述结构的加工成型；所述第四层结构组的所述T字形一分二波导功分器7及所述直角弯波导8，在此层完成上述结构的加工。

具体的，可以通过焊接将所述金属立柱1安装在所述减重腔3上方，也可将所述金属立柱1安装端加工出螺纹，通过螺纹连接在所述减重腔3上方。

所述第二层结构组，所述第三层结构组和所述第四层结构组的各部件通过真空钎焊焊接牢固，从而将整个所述圆极化波导裂缝天线单元加工完成。

基于所述圆极化波导裂缝天线单元组成的天线阵，若采用随机化布阵，则各所述圆极化波导裂缝天线单元外侧的所述减重腔3及所述金属立柱1应根据天线阵布阵特点灵活调整，以所述金属立柱1位于四个所述辐射缝5中间为佳，所述减重腔3开设原则是在不影响天线结构强度及各项性能下尽量体积尽量大。

所述圆极化波导裂缝天线单元优选采用铝材加工制备，亦可采用碳纤维加工制备。为满足应用需求，所述圆极化波导裂缝天线单元可进行镀金、抗氧化、防辐照等工艺处理。

较佳的，可对所述圆极化波导裂缝天线单元中相关的直角弯进行倒角，以实现所述圆极化波导裂缝天线单元加工过程的便利。

实施例三

如图5所示，图5为本发明所述圆极化波导裂缝天线阵的结构图；本实施例中，所述圆极化波导裂缝天线阵包括三个所述圆极化波导裂缝天线单元，相邻所述圆极化波导裂缝天线单元在水平方向上相互错开一定距离进行设置，从而实现所述圆极化波导裂缝天线单元的随机布阵，不仅可降低天线阵副瓣，同时配合所述一分二波导功分器7可降低有源通道数量。

相较于传统技术中所述圆极化波导裂缝天线阵上因单元错开而进行辐射缝偏置的馈电方式，辐射缝偏置易导致相邻单元的圆极化器结构出现交叠，破坏所述圆极化波导裂缝天线阵的完整性，影响天线整体性能；而在本发明中，由于所述圆极化波导裂缝天线单元结构的设置，所述波导圆极化器2全部设置于所述波导裂缝天线单元的中间位置，因而避免传统技术中的交叠问题。

所述波导圆极化器2的位置周期性分布，所述减重腔3的分布亦呈周期性，从而可使相邻所述圆极化波导裂缝天线单元之间的所述减重腔3、所述金属立柱1、所述透气孔9彼此对应组合形成完整结构，同时周期性分布的结构使所述减重腔3体积大，减重效果好，并有利于所述减重腔3的加工。

因相邻所述圆极化波导裂缝天线单元上下交错，造成所述圆极化波导裂缝天线阵外侧边缘处的所述减重腔3、所述金属立柱1、所述透气孔9结构变形，可通过局部微调保证所述减重腔3、所述透气孔9的结构完整性；同时对所述波导裂缝天线单元边缘处的所述金属立柱1进行位置调整实现共用。

各所述所述圆极化波导裂缝天线单元上所述第四层结构的馈电波导长度可灵活调节，因此可以将所述第四层结构的馈电端口调整为矩形排列的阵列避免随机分布，有利于有源组件与所述第四层结构之间的安装和分布。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种圆极化波导裂缝天线单元，其特征在于，包括从上到下依次分布的第一层结构组、第二层结构组、第三层结构组和第四层结构组；

所述第三层结构组包括两根完全相同且并排设置的裂缝天线波导，所述裂缝天线波导上均设置有若干辐射缝，所述辐射缝均对应设置于所述裂缝天线波导上壁的水平中心线上，所述辐射缝下方的波导腔内设置有调谐钉；

所述第二层结构组包括波导圆极化器和减重腔；所述波导圆极化器及所述减重腔位于所述裂缝天线波导的上方，所述辐射缝和所述波导圆极化器一一对应设置，且所述波导圆极化器位于对应所述辐射缝的正上方；所述波导圆极化器之间设置有所述减重腔，所述减重腔上部开有透气孔；

所述第一层结构组包括金属立柱，所述金属立柱竖直设置于所述减重腔的正上方；

所述第四层结构组包括一分二波导功分器和直角弯波导；所述一分二波导功分器和所述直角弯波导相连形成馈电部分。

2.如权利要求1所述的圆极化波导裂缝天线单元，其特征在于，所述裂缝天线波导为矩形波导或脊波导，所述辐射缝设置为水平向等间距分布的矩形辐射缝。

3.如权利要求2所述的圆极化波导裂缝天线单元，其特征在于，所述调谐钉位于所述辐射缝下方，所述调谐钉和所述辐射缝一一对应设置，且所述调谐钉交错分布在所述辐射缝的两侧。

4.如权利要求3所述的圆极化波导裂缝天线单元，其特征在于，所述调谐钉设置为长方体状或圆柱体状，所述调谐钉与所述裂缝天线波导上壁相连，所述调谐钉的高度尺寸小于所述波导腔的高度尺寸。

5.如权利要求1所述的圆极化波导裂缝天线单元，其特征在于，所述波导圆极化器设置为内部四边加脊的矩形波导，相对边上两脊的高度尺寸和宽度尺寸均相同，相邻边上两脊的高度尺寸和宽度尺寸不同或不全相同，形成横截面为梅花状的所述波导圆极化器。

6.如权利要求5所述的圆极化波导裂缝天线单元，其特征在于，所述波导圆极化器上的内直角及脊外直角均设置为圆弧倒角。

7.如权利要求1所述的圆极化波导裂缝天线单元，其特征在于，所述减重腔底部与所述波导圆极化器底部平齐，所述减重腔的高度尺寸小于所述波导圆极化器的高度尺寸，所述减重腔顶部设置有外壁。

8.如权利要求7所述的圆极化波导裂缝天线单元，其特征在于，所述透气孔设置为圆形孔，所述透气孔位于所述减重腔的顶部外壁上。

9.如权利要求1所述的圆极化波导裂缝天线单元，其特征在于，所述一分二波导功分器设置为T字形波导功分器，所述一分二波导功分器的总口和所述直角弯波导互连，所述一分二波导功分器的分口分别与所述波导裂缝天线单元上两并排的所述裂缝天线波导下壁相连。

10.一种圆极化波导裂缝天线阵，其特征在于，包括若干如权利要求1-9中任一项所述圆极化波导裂缝天线单元；相邻所述圆极化波导裂缝天线单元交错设置。