[實用新型]基于單脊蛇形波導的頻相混合電掃雙縫陣列天線

有效

• 申請號: 201720689837.0
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN207038701U
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 尹衛爽;關放;劉曉晗;資劍
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q21/22;H01Q3/22;H01Q3/36;H01P3/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 陸飛,陸尤

技術領域

本實用新型屬于雷達天線技術領域，具體涉及一種頻相混合電掃的脊波導雙縫陣列天線，尤其涉及由多根單脊蛇形波導雙縫陣列天線并列組成的兩維電掃陣列天線。

背景技術

波導縫隙天線因其低損高增益、低剖面和結構穩定等優良特性而在通訊和雷達領域得到了廣泛的應用。波導縫隙的形式多種多樣，常用的有寬邊偏置縫隙、窄邊傾斜縫隙、脊波導雙縫等。但是由于金屬波導尺寸和縫隙輻射原理的限制，縫隙波導陣往往只能在一個面上進行電掃，這就大大限制了波導縫隙陣列的應用范圍。

相控陣因其高數據率、快捷而精確的波束轉換能力等優點在軍事上等到了廣泛的應用，但是由于其高昂的成本，因此其應用領域受了非常大的限制。為了能夠將相控陣的成本降低，使其優越的性能能夠發揮出更大的價值，因此發展出了各種各樣的方案，如Rotman透鏡，鐵氧體體移相器等。

上述提到的廉價的方案，都有各種各樣的問題，如結構復雜、損耗大以及性能不穩定等。

發明內容

本實用新型旨在突破原縫隙陣列天線只能在一個維度進行電掃描的限制，提供一種廉價的可以進行兩維電掃的性能穩定的波導縫隙陣列天線。

本實用新型提供的波導縫隙陣列天線，是基于單脊蛇形波導的頻相混合電掃雙縫陣列天線，其主體結構為一根蛇形單脊波導管，波導管的兩端都開路；蛇形單脊波導管通過法蘭與同軸波導適配器連接，一端通過同軸線進行饋電，另一端則接匹配負載；

所述的蛇形單脊波導管，由陡變的折疊部分和緩變得折疊部分組合而成，陡變折疊部分構成波導管上半部的結構，而緩變折疊部分則構成波導管下半部的結構；

在陡變折疊部分的脊邊上開有雙縫，雙縫之間的傾斜角度相同，而雙縫內的傾斜角度則相反。

所述同軸波導適配器按切比雪夫四節匹配的方式設計。

所述法蘭在垂直于波導線的方向與脊波導的尺寸一樣，并沿波導線方向進行擴展。這是為了使并列放置的蛇形單脊波導縫隙陣之間的距離盡可能的小，以增大陣列沿波導線方向的掃描角度；在沿波導線方向法蘭的尺寸要比脊波導的尺寸大，這是為了將同軸波導轉換段與主體結構穩定的連接在一塊。

所述陡變折疊部分由兩段豎直方向的脊波導、兩段四分之一圓弧和一段水平方向的脊波導組成，陡變折疊部分的豎直脊波導之間共用一波導壁，這是為了盡量減小沿波導線方向的縫隙之間的距離，使得頻掃的角度可以最大；而采用陡變折疊結構的設計是為了盡量減小由于不連續部分產生的高階模式對輻射方向圖的影響，另外這樣的結構設計也是為了降低天線陣列的回波損耗。

所述緩變折疊部分由兩端曲率半徑較大的弧線組成，這是為了盡可能的利用折疊波導線下方的空間，盡量的減小整體結構的厚度。

所述雙縫開在陡變折疊部分的脊邊上，雙縫內的兩個縫隙之間傾斜的角度相反，這是因為脊邊上的電流方向相反；雙縫之間的傾斜角度相同，這是為了防止沒有衰減完全的高階模式對輻射方向圖產生影響；雙縫所在脊邊加厚，以提高結構的穩定性并且使縫隙共振。

其中，同軸波導適配器端部設有同軸接口，該同軸接口可以直接插拔，不需要額外的電連接措施，通過螺絲與同軸波導過渡段機械連接在一塊。

本實用新型是基于單脊蛇形波導的頻相混合電掃雙縫陣列天線，既可以單獨工作，在波導線方向進行頻率掃描，在垂直于波導線方向不掃描；也可以將多根單脊波導縫隙陣并列放置組成一個大陣，在沿波導線方向進行頻率掃描，而在垂直于波導線的方向則通過移相器來控制波束掃描。

本實用新型的有益效果：通過在一個維度上用頻率掃描，在另一個維度上用移相器掃描的混合兩維電掃模式代替原來的兩維均通過移相器來控制波束掃描的模式，可以讓陣列中T/R組件的數量減少到原來的幾十到幾百分之一，從而大大降低陣列的成本；由于全陣列均采用金屬波導的結構，所以與傳統的體移相器陣列相比，本實用新型的損耗更低，結構更簡單，性能更穩定；另外由于免去了龐大數量的移相器，以及傳統體移相器額外的附加架構，本陣列運輸、安裝、維護更方便，成本也更低。

附圖說明

圖1為單根蛇形脊波導雙縫陣列的結構示意圖。

圖2為雙縫示意圖。

圖3為脊波導結構示意圖。

圖4為多根蛇形單脊波導縫隙陣列并列放置組成一個大陣的示意圖。

圖5為不同頻率下單根脊波導雙縫陣的仿真方向圖。

圖6為不同頻率下的電壓駐波比。

圖中標號：1為同軸接口，2為同軸波導適配器，3為法蘭，4為雙縫，5為陡變折疊部分，6為緩變折疊部分，7為脊波導共壁段，8為蛇形單脊波導線。