机械中心馈电的脊波导平板阵列天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于卫星通信和微波通信平板天线的技术领域，具体涉及一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线。
【背景技术】
[0002]与传统常用的普通反射面天线相比，波导平板阵列天线机械强度高、天线结构紧凑，不会因为有馈源照射产生相应的不必要能量损耗，没有馈源遮挡辐射口径。在应用于高速运动载体方面，波导平板阵列天线有着体积小、厚度低的特点，同时便于和载体共性的特性使得天线对空气阻力或者是水的阻力适应性好，不容易受到损伤，有效减小了天线故障概率，延长天线的使用寿命。与微带平板阵列天线相比，波导平板阵列天线功率容量高、损耗小。因此被广泛应用于侦查、预警和对抗雷达，机载和导弹天线、车载卫星接收天线、卫星通信和微波通信系统等领域。
[0003]现有的波导平板阵列天线辐射层上多设置有去耦栅，以减小相邻辐射缝间的耦合干扰，但水平和垂直方向结构的不对称性及辐射缝间的互耦会影响天线方向图的不圆度，不适合应用于对天线方向图不圆度要求较高的场合。另外现有波导平板阵列天线带宽受到单元数的限制，单元数越多则带宽越窄，不能满足一些有高增益、宽带宽要求的应用。并且现有的波导平板阵列天线馈电口多位于天线阵列一侧，在应用于其它系统时，需针对其馈口的位置设计支撑及连接结构，不便于系统设计更改和其它天线的替换。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
本发明实施例提供一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线，该脊波导平板阵列天线包括依次重叠设置的栅格层、辐射层、耦合层、馈电网络层、中心馈电层；所述中心馈电层机械中心设置有垂直于阵面的用于信号输入输出的波导口 ；所述馈电网络层由单脊波导组成，所述馈电网络层上的脊波导功分器各分支的窄边中心设置有脊。
[0006]上述方案中，所述栅格层设置有矩形栅格，所述矩形栅格的水平和垂直方向的去耦栅高度相等，且水平和垂直方向的去耦栅分别位于相邻辐射缝间的中心。
[0007]上述方案中，所述辐射层设置有辐射缝、谐振腔，每个谐振腔上对应有四个辐射缝，所述四个辐射缝均紧贴谐振腔的四个侧壁。
[0008]上述方案中，所述耦合层设置有耦合腔，每一耦合腔对应一个谐振腔。
[0009]上述方案中，所述馈电网络层设置有匹配台阶，每一个匹配台阶对应于耦合层中的一个耦合腔；所述脊波导功分器为E-T分支波导功分器，分支波导在主波导的宽壁上，同时设置有用于调节波导功分器反射损耗的匹配隔板。
[0010]上述方案中，所述馈电网络层设置有脊波导到矩形波导的四分之一波长阶梯转换器。
[0011]上述方案中，所述机械中心馈电的波导平板阵列天线上设置有波导弯头，所述波导弯头设置有两个对称的方形匹配块。
[0012]上述方案中，所述中心馈电层设置有垂直于阵面的馈电口，所述馈电口正对处设置有匹配台阶。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果:
第一、采用矩形栅格减小相邻缝隙间的互耦。
[0014]第二、采用矩形栅格改善天线方向图的不圆度。
[0015]第三、辐射缝紧贴谐振腔侧壁，且每个谐振腔对应有四个辐射缝，可使天线辐射效率最高。
[0016]第四、采用脊波导功分网络，可有效扩展天线驻波带宽。
[0017]第五、采用波导弯头及垂直于阵面的馈电口，实现平板阵列天线的机械中心馈电。
[0018]第六、天线采用分层设计、易于批量加工制造。
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例提供一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线的天线示意图；
图2是本发明实施例提供一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线的栅格层结构示意图；
图3是本发明实施例提供一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线的辐射层结构示意图；
图4是本发明实施例提供一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线的辐射层的谐振腔结构示意图；
图5是本发明实施例提供一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线的耦合层结构示意图；
图6是本发明实施例提供一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线的馈电网络层结构示意图；
图7是本发明实施例提供一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线的波导弯头示意图；
图8是本发明实施例提供一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线的中心馈电层结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0021]本发明实施例提供一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线，如图1-7所示，该脊波导平板阵列天线包括依次重叠设置的栅格层101、辐射层102、耦合层103、馈电网络层104、中心馈电层105 ;所述中心馈电层105中心设置有用于信号输入输出的波导口 106 ;所述馈电网络层104由单脊波导组成，所述馈电网络层103上的波导功分器503各分支的窄边中心设置有脊501，所述脊501用于改善功分器的驻波带宽； 所述机械中心馈电的脊波导平板阵列天线基板材料可以选用铝合金，也可以在上述铝合金上涂镀其它金属材料，如铜、银、金，或者采用合成树脂注射成型并涂布传导性金属的方式加工制作。
[0022]本发明通过引入栅格层、中心馈电层、采用脊波导功分网络的设计，并成功与其它结构层相结合，达到实现提高天线方向图不圆度、改善天线驻波带宽、实现天线机械中心馈电的目的。
[0023]所述栅格层101由矩形栅格201组成，所述矩形栅格201的水平和垂直方向的去耦栅高度相等，用以减小辐射缝间的相互耦合，且水平和垂直方向的去耦栅分别位于相邻辐射缝间的中心；水平方向和垂直方向的去耦栅宽度不一致，通过优化宽度的大小，并通过线切割工艺减小直角处的倒角半径，可以改善天线方向图的不圆度；若将天线工作频段内高频对应的电磁波空间自由波长设为λ min，低频对应的电磁波空间自由波长设为λ max,则所述去耦栅宽度小于等于辐射缝间距d的二分之一，高度大于等于1/10 λ max ο
[0024]所述辐射层102设置有辐射缝301、谐振腔302，每个谐振腔302上对应有四个辐射缝301，所述四个辐射缝301均紧贴谐振腔302的四个侧壁，这样能够使天线辐射效率最高。所述辐射缝301长度L约为1/2 λ max，宽度W约为1/10 λ max。且相邻辐射缝301横向间距dl等于纵向间距d2，大小均为d。
[0025]所述耦合层103设置有耦合腔401，每一耦合腔401对应一个谐振腔302。所述耦合腔401的宽度等于中心馈电层105中馈电波导口窄边长度b，长度等于宽边长度a。
[0026]所述馈电网络层104设置有匹配台阶502，每一个匹配台阶502对应于耦合层103中的一个耦合腔401，用于抵消馈电网络层103到耦合腔401转换时所引入的电抗，同时引导电磁波的传导方向；同时设置有波导功分器503，所述波导功分器503为E-T分支波导功分器，分支波导在主波导的宽壁上，同时设置有用于调节波导功分器503反射损耗的匹配隔板504。
[0027]所述馈电网络层104设置有脊波导到矩形波导的四分之一波长阶梯转换器505，以达到脊波导到矩形波导反射较小的平稳过渡。
[0028]所述机械中心馈电的波导平板阵列天线上设置有波导弯头601，所述波导弯头601设置有两个对称的方形匹配块602，用于调节波导弯头的反射损耗。
[0029]所述中心馈电层105设置有垂直于阵面的馈电口 106，以实现阵列天线的中心馈电；所述馈电口 106正对处设置有匹配台阶701，用于调节馈电口处的反射损耗，同时引导电磁波的传导方向。
[0030]采用本实施方式的机械中心馈电的脊波导平板阵列天线设置有栅格层，利于减小辐射缝间的相互耦合，改善天线方向图的不圆度；并采用脊波导功分网络，利于扩展天线的驻波带宽；馈电口位于天线阵面的机械中心，易于应用系统更改和其它天线替换；同时采用分层设计，易于批量加工制造，可用于卫星通信和微波通信系统等领域。
[0031]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线，其特征在于，该脊波导平板阵列天线包括依次重叠设置的栅格层(101)、辐射层(102)、耦合层(103)、馈电网络层(104)、中心馈电层(105);所述中心馈电层(105)机械中心设置有垂直于阵面的用于信号输入输出的波导口(106);所述馈电网络层(104)由单脊波导组成，所述馈电网络层(104)上的脊波导功分器(503)各分支的窄边中心设置有脊(501)。2.根据权利要求1所述的机械中心馈电的脊波导平板阵列天线，其特征在于:所述栅格层(101)设置有矩形栅格(201)，所述矩形栅格(201)的水平和垂直方向的去耦栅高度相等，且水平和垂直方向的去耦栅分别位于相邻辐射缝间的中心。3.根据权利要求1或2所述的机械中心馈电的脊波导平板阵列天线，其特征在于:所述辐射层(102 )设置有辐射缝(301 )、谐振腔(302 )，每个谐振腔(302 )上对应有四个辐射缝(301)，所述四个辐射缝(301)均紧贴谐振腔(302)的四个侧壁。4.根据权利要求3所述的机械中心馈电的脊波导平板阵列天线，其特征在于:所述耦合层(103 )设置有耦合腔(401)，每一耦合腔(401)对应一个谐振腔(302 )。5.根据权利要求4所述的机械中心馈电的脊波导平板阵列天线，其特征在于:所述馈电网络层(104)设置有匹配台阶(502)，每一个匹配台阶(502)对应于耦合层(102)中的一个親合腔(401);所述脊波导功分器(503)为E-T分支波导功分器，分支波导在主波导的宽壁上，同时设置有用于调节波导功分器(503)反射损耗的匹配隔板(504)。6.根据权利要求5所述的机械中心馈电的脊波导平板阵列天线，其特征在于:所述馈电网络层(104)设置有脊波导到矩形波导的四分之一波长阶梯转换器(505)。7.根据权利要求6所述的机械中心馈电的脊波导平板阵列天线，其特征在于:所述机械中心馈电的波导平板阵列天线上设置有波导弯头(601)，所述波导弯头(601)设置有两个对称的方形匹配块(602 )。8.根据权利要求7所述的机械中心馈电的脊波导平板阵列天线，其特征在于:所述中心馈电层(105 )设置有垂直于阵面的馈电口( 106 )，所述馈电口( 106 )正对处设置有匹配台阶(701)。
【专利摘要】本发明公开了一种机械中心馈电的脊波导平板阵列天线，该脊波导平板阵列天线包括依次重叠设置的栅格层、辐射层、耦合层、馈电网络层、中心馈电层；所述中心馈电层机械中心设置有垂直于天线阵面用于信号输入输出的馈电口；所述馈电网络层由单脊波导组成，所述馈电网络层上的脊波导功分器各分支的窄边中心设置有脊。本发明通过引入栅格层、中心馈电层、采用脊波导功分网络的设计，并成功与其它结构层相结合，达到实现提高天线方向图不圆度、改善天线驻波带宽、实现天线机械中心馈电的目的。
【IPC分类】H01Q21/00, H01Q1/12, H01Q9/04
【公开号】CN105098366
【申请号】CN201510569602
【发明人】张小磊, 王孟
【申请人】西安三维通信有限责任公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年9月9日