[發(fā)明專利]高增益低損耗X波段天線設(shè)計(jì)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310211007.3
• 申請(qǐng)日: 2013-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN104218323A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛俊祥;成浩;于兵;潘安;周勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信大電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H01Q13/10
• 分類號(hào): H01Q13/10;H01Q21/00;H01Q1/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于波導(dǎo)縫隙陣列天線領(lǐng)域，涉及一類X波段天線設(shè)計(jì)，具體地說是可應(yīng)用于船舶導(dǎo)航雷達(dá)的一種高增益低損耗X波段天線。

背景技術(shù)

該天線可用于船舶導(dǎo)航雷達(dá)。船舶導(dǎo)航雷達(dá)是保障船舶航行的雷達(dá)，用以觀測(cè)周邊的岸線、浮標(biāo)以及其它船舶等物體，并確定其方位以避免碰撞等。幾乎所有海上航行的船舶都安裝了該雷達(dá)，根據(jù)海面上的特殊環(huán)境以及雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)準(zhǔn)確性的要求，船舶導(dǎo)航雷達(dá)的天線一般均采用水平極化下的掃帚型波束。由于波導(dǎo)縫隙陣列天線具有易實(shí)現(xiàn)水平極化和掃帚波束，并具有高增益和低旁瓣等特性，因而在船用雷達(dá)中常常被采用。為獲得較高的雷達(dá)分辨率，通常采用較長的波導(dǎo)縫隙陣天線，而為提高天線的輻射效率，對(duì)于較長的波導(dǎo)縫隙陣天線常采用波導(dǎo)端口饋電方式。這樣的饋電方式有太長的饋電波導(dǎo)，結(jié)構(gòu)繁瑣，同時(shí)增加了饋電的傳輸損耗，也降低了天線結(jié)構(gòu)的平衡性，增加了伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。另外，天線負(fù)載終端也致使部分電磁能量被負(fù)載吸收，降低了天線的效率。因此，有必要對(duì)該類天線的饋電方式以及天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在保證其它指標(biāo)滿足實(shí)際應(yīng)用的條件下，降低傳輸損耗、提高天線的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種高增益低損耗的X波段天線設(shè)計(jì)方法，以及設(shè)計(jì)一種簡易阻抗匹配調(diào)節(jié)的同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：高增益低損耗的X波段天線主要由諧振式波導(dǎo)縫隙陣列天線、扇形喇叭、垂直極化濾波器、同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換裝置、短路活塞以及陣列分隔板構(gòu)成。縫隙波導(dǎo)①是主輻射體波導(dǎo)的窄邊開有54個(gè)斜縫，縫隙的分布實(shí)現(xiàn)高增益、低旁瓣和窄水平波束。扇形喇叭②用以減小垂直方向的波束、提高增益。垂直極化濾波器③用以濾除垂直極化的電磁波。易阻抗匹配調(diào)節(jié)的同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換裝置④是天線的饋電部分，這樣的空氣介質(zhì)同軸線沒有介質(zhì)損耗，而且相比于一般的1200mm的X波段船用導(dǎo)航天線縮短了饋電線的長度，很大程度上減小了傳輸損耗。短路活塞⑤位于波導(dǎo)兩端，方便天線調(diào)節(jié)測(cè)試。陣列分隔板加在縫隙波導(dǎo)的場強(qiáng)最強(qiáng)區(qū)和較強(qiáng)區(qū)，用于減小縫隙之間的耦合，可以進(jìn)一步改善天線的旁瓣電平。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用易阻抗匹配調(diào)節(jié)的同軸線在天線的中間饋電，與傳統(tǒng)的船舶導(dǎo)航雷達(dá)天線饋電方式相比，減小了波導(dǎo)傳輸損耗，另外采用諧振式的波導(dǎo)縫隙陣列天線，避免了吸收負(fù)載對(duì)電磁能量的吸收損耗，提高了天線的效率。由于天線采用了中心饋電結(jié)構(gòu)，天線左右對(duì)稱，因而天線的重心點(diǎn)也是天線的饋電點(diǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)，天線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)更加平穩(wěn)，縫隙設(shè)計(jì)更加簡單。同時(shí)，采用陣列分隔板改善天線旁瓣，結(jié)構(gòu)簡單。

附圖說明

圖1高增益低損耗的X波段天線結(jié)構(gòu)三維示意圖。

圖2縫隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3扇形喇叭截面視圖。

圖4空間垂直極化濾波器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換以及饋電接口的結(jié)構(gòu)示意圖，聚四氟乙烯用于固定同軸線。

圖6波導(dǎo)的可調(diào)節(jié)短路活塞。

圖7整個(gè)天線的駐波比仿真曲線圖。

圖8整個(gè)天線的E面和H面增益方向圖，其增益高達(dá)28.5dB。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1。上述天線用同軸線在縫隙波導(dǎo)的中間饋電。整個(gè)天線可用銅、鋁等金屬材料制成。

參照?qǐng)D2。縫隙波導(dǎo)采用長22.86mm，寬10.16mm的標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)。

參照?qǐng)D3。扇形喇叭的厚度可取0.5mm～0.8mm。

參照?qǐng)D4。垂直極化濾波器的厚度可取0.5mm～1mm。

參照?qǐng)D5。同軸線的內(nèi)導(dǎo)體半徑大小為1.75mm，外導(dǎo)體的內(nèi)半徑⑥大小為4.5mm，填充介質(zhì)為空氣。同軸線內(nèi)導(dǎo)體的一端⑦使用螺紋結(jié)構(gòu)，該螺紋結(jié)構(gòu)主要是為了將同軸線內(nèi)導(dǎo)體與波導(dǎo)⑧固定在一起，同時(shí)采用該結(jié)構(gòu)方便對(duì)同軸線的內(nèi)導(dǎo)體進(jìn)行調(diào)節(jié)。在同軸線內(nèi)導(dǎo)體與波導(dǎo)⑧的轉(zhuǎn)換接口部分，為了使其阻抗匹配，采用了階梯式結(jié)構(gòu)⑨，也可采用漸變式等其他阻抗匹配結(jié)構(gòu)。另外，在波導(dǎo)⑧寬邊加一螺釘⑩以完善阻抗匹配，也可以用多螺釘完善阻抗匹配。為了改善天線的帶寬，與波導(dǎo)縫隙連接處的同軸線外導(dǎo)體內(nèi)半徑大小設(shè)計(jì)為6mm。在同軸線內(nèi)半徑⑥與內(nèi)半徑之間的過渡段，加一介質(zhì)(聚四氟乙烯)，通過調(diào)節(jié)介質(zhì)的形狀，可改善阻抗匹配，增加頻帶寬度。同時(shí)，該介質(zhì)也能確保同軸線內(nèi)導(dǎo)體始終處于同軸線的中心位置，不產(chǎn)生偏移。同軸線的一端也使用了螺紋結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既能夠固定同軸線的外導(dǎo)體，也能夠固定介質(zhì)。本發(fā)明中的同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器傳輸損耗很低，駐波小于1.2的頻帶寬度大于100MHz，完全滿足實(shí)際應(yīng)用。