一种Ku波段椭圆波导驻波阵列天线及拓展驻波带宽方法与流程

一种ku波段椭圆波导驻波阵列天线及拓展驻波带宽方法
技术领域
[0001]
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种ku波段椭圆波导驻波阵列天线及拓展驻波带宽方法。


背景技术：

[0002]
天线在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛的应用，起到了传播无线电波的作用，是有效地辐射和接受无线电波必不可少的装置；而目前大多数天线采用矩形等其他波导技术；其适应环境的能力以及稳定性方面还存在不足。
[0003]
经检索，中国专利申请号为cn201410814677.9的专利，公开了一种c/x双波段共口径波导缝隙阵列天线，主要应用于多功能、多用途复合雷达。该天线包括x波段波导缝隙天线、辐射过渡腔、c波段波导缝隙天线。x波段波导缝隙天线采用波导窄边斜缝辐射单元，c波段波导缝隙天线采用波导宽边缝辐射阵列天线，利用两个天线的工作频率差，将c波段波导缝隙天线放置在x波段波导缝隙天线之后，利用辐射过渡腔实现c波段波导缝隙天线至x波段天线线阵间隙的阻抗匹配，通过线阵间隙实现c波段波导缝隙天线的电磁波辐射。上述专利中的波导缝隙天线存在以下不足：虽具备一定的效率、耐功率等优点；但是其适应环境的能力以及稳定性方面还存在不足。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种ku波段椭圆波导驻波阵列天线及拓展驻波带宽方法。
[0005]
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
[0006]
一种ku波段椭圆波导驻波阵列天线及拓展驻波带宽方法，包括传输路径和辐射体，所述传输路径包括同轴连接器、椭圆波导、短路装置a和短路装置b，辐射体包括缝隙阵；所述椭圆波导呈宽窄交错结构；同轴连接器和缝隙阵均设置于椭圆波导的宽边上；所述椭圆波导一端与短路装置a、同轴连接器电性连接，且椭圆波导另一端与短路装置b电性连接。
[0007]
优选的：所述缝隙阵采用谐振式驻波缝隙阵，所述缝隙阵相邻缝隙间距为λg/2，各缝隙同相激励，所述短路装置b与椭圆波导的终端缝隙中心相距λg/4，所述缝隙阵相邻缝隙的激励的相位差为180
°
，所述椭圆波导的宽边纵缝交错地分布于宽边中线的两侧；其中λg为波导内波波长。
[0008]
进一步的：所述短路装置a位于椭圆波导的末端，且短路装置a与同轴连接器间相距为λg/2，短路装置b位于椭圆波导的另一末端，与椭圆波导终端缝隙中心相距λg/4。
[0009]
进一步优选的：所述椭圆波导的相邻两个宽边间距为λg/2，所述缝隙阵缝隙长度为中心频率的0.43λg～0.5λg，所述缝隙阵缝隙宽度为缝隙长度的0.1～0.2倍之间，所述缝隙阵缝隙中心离椭圆波导宽度中心的距离采用泰勒分布。
[0010]
一种ku波段椭圆波导驻波阵列天线的拓展驻波带宽方法，通过确定波导波长、单个缝隙的电导和椭圆波导一端馈电的输入电导实现，具体包括如下方法确定波导波长λg：
[0011][0012]
其中λg：波导波长；λ：工作波长。
[0013]
作为本发明进一步优选的：所述缝隙阵上单个缝隙的电导计算具体为：
[0014][0015]
其中g：缝隙电导；a：波导宽边尺寸；b：波导窄边尺寸；x1：缝隙偏移宽边中心线距离；λg：中心频率波导波长。
[0016]
作为本发明再进一步的方案：所述椭圆波导一端馈电的输入电导计算具体等于n个缝隙电导g1，g2，
…
，g
n
之和即：算式1：
[0017]
为保证输入端匹配，要求算式2：
[0018]
如不计缝隙互耦，则有算式3：
[0019]
在前述方案的基础上：所述a
i
为缝隙i的相对激励振幅，k为常数；带入算式2可求出常数k，从而可根据所需相对振幅分布由算式3求出g
i
，然后利用算式1计算确定各缝隙的偏置量x1。
[0020]
本发明的有益效果为：
[0021]
1.本发明通过创新性地采用椭圆波导技术，相对于矩形和其他波导技术，适应环境能量更强，性能更稳定。
[0022]
2.本发明通过创新性地采用短路优化调节技术，可适当拓展驻波带宽。
[0023]
3.本发明通过创新性地采用最优缝隙尺寸设计技术，可有效拓展驻波带宽。
[0024]
4.本发明通过创新性地采用泰勒分布技术，规划各缝隙偏移波导宽边中心线的距离(偏置量)，可有效地拓展驻波带宽。
附图说明
[0025]
图1为本发明提出的一种ku波段椭圆波导驻波阵列天线的结构示意图。
[0026]
图中：1短路装置a、2短路装置b、3缝隙阵、4同轴连接器、5椭圆波导。
具体实施方式
[0027]
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0028]
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
[0029]
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、
“
右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
[0030]
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
[0031]
实施例1：
[0032]
一种ku波段椭圆波导驻波阵列天线，如图1所示，包括传输路径和辐射体，所述传输路径包括同轴连接器4、椭圆波导5、短路装置a1和短路装置b2，辐射体包括缝隙阵3；所述椭圆波导5呈宽窄交错结构；同轴连接器4和缝隙阵3均设置于椭圆波导5的宽边上；所述椭圆波导5一端与短路装置a1、同轴连接器4电性连接，且椭圆波导5另一端与短路装置b2电性连接。
[0033]
为了提升可靠性；如图1所示，所述缝隙阵3有两种形式，谐振式驻波阵和非谐振式行波阵，本实施例中，优选的，所述缝隙阵3采用谐振式驻波缝隙阵，所述缝隙阵3相邻缝隙间距为λg/2，各缝隙同相激励，所述短路装置b2与椭圆波导5的终端缝隙中心相距λg/4，所述缝隙阵3相邻缝隙的激励的相位差为180
°
，所述椭圆波导5的宽边纵缝交错地分布于宽边中线的两侧；其中λg为波导内波波长。
[0034]
为了优化天线电气性能参数；如图1所示，所述短路装置a1位于椭圆波导5的末端，且短路装置a1与同轴连接器4间相距为λg/2，使得直行波和通过短路装置a1反射后的反射波沿波导传播方向上同向叠加；短路装置b2位于椭圆波导5的另一末端，与椭圆波导5终端缝隙中心相距λg/4，使得未辐射完的能量通过短路装置b2反射后的反射波与直行波沿波导传播方向上同向叠加。
[0035]
所述椭圆波导5的相邻两个宽边间距为λg/2，所述缝隙阵3缝隙长度为中心频率的0.43λg～0.5λg，所述缝隙阵3缝隙宽度为缝隙长度的0.1～0.2倍之间，所述缝隙阵3缝隙中心离椭圆波导5宽度中心的距离采用泰勒分布。
[0036]
实施例2：
[0037]
一种ku波段椭圆波导驻波阵列天线的拓展驻波带宽方法，通过确定波导波长、单个缝隙的电导和椭圆波导5一端馈电的输入电导实现，具体包括如下方法确定波导波长λg：
[0038][0039]
其中λg：波导波长；λ：工作波长。
[0040]
所述缝隙阵3上单个缝隙的电导计算具体为：
[0041][0042]
其中g：缝隙电导；a：波导宽边尺寸；b：波导窄边尺寸；x1：缝隙偏移宽边中心线距离；λg：中心频率波导波长。
[0043]
所述椭圆波导5一端馈电的输入电导计算具体等于n个缝隙电导g1，g2，
…
，g
n
之和即：算式1：
[0044]
为保证输入端匹配，要求算式2：
[0045]
如不计缝隙互耦，则有算式3：
[0046]
其中所述a
i
为缝隙i的相对激励振幅，k为常数；带入算式2可求出常数k，从而可根据所需相对振幅分布由算式3求出g
i
，然后利用算式1计算确定各缝隙的偏置量x
1。
[0047]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。