一种波束赋形脊波导缝隙天线的制作方法

1.本发明涉及缝隙天线技术领域，更具体地说，它涉及一种波束赋形脊波导缝隙天线。


背景技术：

2.波导缝隙天线具有辐射效率高、结构紧凑、易于实现波束赋形、性能稳定可靠等诸多优点，被广泛应用在弹载、机载等雷达设备中。
3.现有波导缝隙天线多采用串馈的结构形式，缝隙辐射能量、相位加权的控制手段有限，难以实现波束赋形。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种波束赋形脊波导缝隙天线，包括脊波导，在脊波导无脊宽壁上开设有沿脊波导传输方向同向排列并交错设置的辐射缝隙，辐射缝隙与脊波导的波导腔连通，在相邻辐射缝隙间设置有一端与无脊宽壁连接的板体，且该板体位于波导腔内，在脊波导金属脊上开设有与板体对应的异型槽，在异型槽的槽壁与板体的下端之间，形成通道。通过设置不同物理长度的通道对辐射缝隙间的相对相位进行控制，并设置不同偏置量的辐射缝隙对辐射缝隙的幅度进行控制。达到实现波束赋形的目的。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.一种波束赋形脊波导缝隙天线，包括：脊波导；所述脊波导的无脊宽壁上开设有辐射缝隙；所述辐射缝隙与脊波导内的波导腔连通；若干所述辐射缝隙沿脊波导传输方向同向排列并交错设置；相邻辐射缝隙间设置有位于波导腔内的板体；所述板体的一端与无脊宽壁连接；所述脊波导的有脊宽壁上开设有与板体对应的异型槽；所述板体与异型槽槽壁间存有间隙，用于形成通道，以连通位于板体两侧的波导腔。
7.进一步的，所述波束赋形脊波导缝隙天线还包括调谐块；所述调谐块设置于有脊宽壁上。通过该调谐块匹配辐射缝隙偏置量较大时引起的反射，达到调节缝隙单元驻波比的目的。
8.进一步的，所述脊波导上的辐射缝隙沿脊波导传输方向均匀排列。达到使该波束赋形脊波导缝隙天线，实现等间距阵列的目的。
9.进一步的，沿脊波导传输方向，在所述有脊宽壁的一端，设置有同轴线；所述同轴线包括同轴馈电内导体和同轴馈电外导体；所述同轴馈电内导体沿有脊宽壁向无脊宽壁的方向，穿设在有脊宽壁内；所述同轴馈电内导体的一端与无脊宽壁连接；所述同轴馈电内导体另一端，开设有位于有脊宽壁上的同轴馈电端口；所述同轴馈电外导体设置于同轴馈电内导体与有脊宽壁间。通过该结构，达到通过同轴馈电内导体底馈方式激励起脊波导内的场，以适用于相控阵和组成大型平面阵的目的。
10.进一步的，所述同轴馈电内导体位于脊波导沿传输方向延伸的中心线上。
11.进一步的，所述同轴馈电内导体上套设有与无脊宽壁连接的短路块。通过同轴馈
电内导体上端的短路块，匹配由同轴馈电内导体插入波导引起的反射，达到调节同轴馈电端口驻波比的目的。
12.进一步的，所述同轴馈电外导体为空气介质。
13.进一步的，所述同轴线为50ω。
14.进一步的，所述有脊宽壁远离同轴线的一端，设置有同轴负载；所述同轴负载包括同轴负载内导体和同轴负载外导体；所述同轴负载外导体设置于有脊宽壁内；所述同轴负载内导体自波导腔穿设于有脊宽壁内，与同轴负载外导体连接。
15.进一步的，所述脊波导为单脊波导。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.①
一种波束赋形脊波导缝隙天线，包括脊波导，在脊波导无脊宽壁上开设有沿脊波导传输方向同向排列并交错设置的辐射缝隙，辐射缝隙与脊波导的波导腔连通，在相邻辐射缝隙间设置有一端与无脊宽壁连接的板体，且该板体位于波导腔内，在脊波导金属脊上开设有与板体对应的异型槽，在异型槽的槽壁与板体的下端之间，形成通道。通过设置不同物理长度的通道对辐射缝隙间的相对相位进行控制，并设置不同偏置量的辐射缝隙对辐射缝隙的幅度进行控制。达到实现波束赋形的目的。
18.②
采用同轴探针底馈的方式对脊波导进行馈电，适用于相控阵，适用于组成大型平面阵。
19.③
在单脊波导无金属脊的一面开设辐射缝隙形成缝隙天线，通过调节辐射缝隙相对于波导中心的偏置量来控制辐射缝隙辐射的能量，实现需要的幅度分布。
20.④
在两个辐射缝隙之间增加板体，并在波导腔内设置于板体对应的异型槽，通过改变板体与异型槽形成的通道的物理长度，控制缝隙单元间相对相位，以实现需要的相位分布。
21.⑤
在同轴馈电内导体顶端增加一个短路块，通过调节短路块的位置和大小，以匹配由同轴馈电内导体插入波导引起的反射，从而调节同轴馈电端口的驻波比。
22.⑥
在脊波导的金属脊上设置调谐块，通过调谐块匹配辐射缝隙偏置量较大时引起的反射，达到调节缝隙单元驻波比的目的。
附图说明
23.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
24.图1为实施例中一种波束赋形脊波导缝隙天线主视结构示意图；
25.图2为实施例中一种波束赋形脊波导缝隙天线半剖结构示意图；
26.图3为图2中a处放大结构示意图；
27.图4为图3中b处放大结构示意图；
28.图5为图3中c处放大结构示意图；
29.图6为实施例中一种波束赋形脊波导缝隙天线仰视结构示意图；
30.图7为图6中a-a处剖视结构示意图；
31.图8为图6中b-b处剖视结构示意图；
32.图9为实施例中一种波束赋形脊波导缝隙天线俯视结构示意图；
33.图10为图9中c-c处剖视结构示意图；
34.图11为图9中d-d处剖视结构示意图；
35.图12为本实施例中一种波束赋形脊波导缝隙天线测试仿真对比结果示意图。
36.附图中标记及对应的零部件名称：
37.1-脊波导；2-通道；
38.3-缝隙单元；31-辐射缝隙；32-板体；33-异型槽；
39.4-波导腔；5-有脊宽壁；6-无脊宽壁；
40.7-同轴线；71-同轴馈电外导体；72-同轴馈电内导体；73-同轴馈电端口；
41.8-短路块；
42.9-同轴负载；91-同轴负载内导体；92-同轴负载外导体；
43.10-调谐块；11-金属脊。
具体实施方式
44.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
45.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
46.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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发明和简化描述，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发明的限制。
47.实施例：一种波束赋形脊波导缝隙天线，如图1-图11所示，包括脊波导1。
48.上述脊波导1采用单脊波导，在脊波导1上开设有若干数量的辐射缝隙31，该若干数量的辐射缝隙31设置在脊波导1的无脊宽壁6(脊波导1未设有金属脊11的宽壁)上，且该若干数量的辐射缝隙31沿脊波导1传输方向同向排列并交错设置，同时，该若干数量的辐射缝隙31均贯穿脊波导1的无脊宽壁6，与脊波导1的波导腔4连通。在脊波导1无脊宽壁6的内侧连接有若干数量的板体32，该若干数量的板体32均位于脊波导1的波导腔4内。在相邻辐射缝隙31间设置有一个板体32，在脊波导1的有脊宽壁5(脊波导1设有金属脊11的宽壁)上设有数量、位置与板体32一一对应的异型槽33，且板体32远离无脊宽壁6的一端位于异型槽33内，在板体32与异型槽33的槽壁间形成通道2，且该通道2的两端与板体32两侧的波导腔4连通，使辐射缝隙31和通道2之间形成缝隙单元3。该结构中，通过设置不同物理长度的通道2对缝隙单元3的相对相位进行控制，并设置不同偏置量(辐射缝隙31相对于波导中心线的偏置量)的辐射缝隙31对辐射缝隙31的幅度进行控制。达到实现波束赋形的目的。
49.具体地，在设计过程中，根据天线尺寸和扫描角度等确定脊波导1宽壁的尺寸，脊波导1窄壁宽度约为宽壁宽度的一半，调节脊波导1金属脊11的尺寸使脊波导1工作在需要的频率下，并将辐射缝隙31的初始尺寸设置为约半个工作波长。辐射缝隙31相对于波导中心线的偏置量可以用来控制缝隙辐射的能量，因此，在分析波束赋形脊波导缝隙天线的串
联馈电结构后，计算出任一缝隙单元3辐射能量和向前传输能量比值，同时，调节该缝隙单元3中辐射缝隙31的偏置量，按照需要的口径幅度分布，通过该缝隙单元3的s参数，计算出该缝隙单元3中辐射缝隙31的辐射功率与传输功率比值，通过该计算步骤，遍历所有缝隙单元3，得到每个辐射缝隙31偏置量与辐射功率的对应关系，进而得到缝隙偏置量和缝隙辐射能量的关系。因此，通过交错设置的辐射缝隙31，调节辐射缝隙31的偏置量，实现需要的幅度分布。由需要的相位分布计算出每个缝隙单元3的相对相位，然后根据每个辐射缝隙31的相对相位调整通道2的物理长度，以调节缝隙单元3的电长度，来得到每个辐射缝隙31的相对相位值。进而达到通过通道2的物理对辐射缝隙31的相对相位进行控制，并利用辐射缝隙31的偏置量对缝隙单元3的幅度进行控制，以实现波束赋形的目的。
50.其中，各辐射缝隙31的电长度初始长度相同，均为波导中波长的二分之一，相位差为180
°
，缝隙偏置摆放，相位差为180
°
，使得缝隙之间初始相对相位为0
°
，通过调节板体32的高度、异型槽33的深度中一个或多个参数的不同，以改变各通道2的物理长度，进而达到使每个缝隙单元3实现不同相位分布，并利用辐射缝隙31的偏置量对缝隙单元3的幅度进行控制，以实现波束赋形的目的。
51.本实施例的一种可选实施方式：如图4所示，上述波束赋形脊波导缝隙天线还包括调谐块10，该调谐块10设置在脊波导1的有脊宽壁5上，位于脊波导1的波导腔4内，并紧贴脊波导1的金属脊11。在辐射缝隙31偏置量较大时，通过该调谐块10匹配辐射缝隙31偏置量较大引起的反射，达到调节缝隙单元3驻波比的目的。
52.本实施例的一种可选实施方式：如图1所示，上述若干个辐射缝隙31沿脊波导1传输方向均匀排列，以使该波束赋形脊波导缝隙天线，实现等间距阵列的目的。且每个辐射缝隙31相对于波导中心线的偏置量均不相同，达到控制每个缝隙单元3的幅度不同，以对波束赋形的目的。
53.本实施例的一种可选实施方式：如图6结合图7所示，沿脊波导1传输方向，在脊波导1的一端设置有50ω同轴线7，该同轴线7包括同轴馈电内导体72和同轴馈电外导体71，其中，同轴馈电外导体71可以由空气介质或其他介质材料制成。同轴馈电内导体72的一端与无脊宽壁6连接，另一端沿远离无脊宽壁6的方向，穿设在有脊宽壁5内，同轴馈电外导体71套设在同轴馈电内导体72外壁上，位于有脊宽壁5与同轴馈电内导体72之间，且同轴馈电外导体71的直径随同轴馈电内导体72的直径变化。有脊宽壁5远离无脊宽壁6的一侧开设有同轴馈电端口73，使同轴馈电内导体72的另一端穿设在同轴馈电端口73内。通过该结构，将同轴线7的同轴馈电内导体72自脊波导1有脊宽壁5向脊波导1无脊宽壁6的方向，延伸一小段，使同轴线7的同轴馈电内导体72沿电场方向插入脊波导1内，以实现通过同轴馈电内导体72底馈的方式激励起脊波导1内的场，达到适用于相控阵和组成大型平面阵的目的。
54.本实施例的一种可选实施方式：如图9结合图10所示，上述同轴馈电内导体72位于脊波导1沿传输方向延伸的中心线上。具体地，将将同轴线7的同轴馈电内导体72自脊波导1有脊宽壁5向脊波导1无脊宽壁6的方向插入波导，并使同轴馈电内导体72位于波导的中心线上。通过该结构，将同轴线7的同轴馈电内导体72自脊波导1有脊宽壁5向脊波导1无脊宽壁6的方向，延伸一小段，使同轴线7的同轴馈电内导体72沿电场方向插入脊波导1内，以达到通过同轴馈电内导体72底馈的方式激励起脊波导1内场的目的。
55.本实施例的一种可选实施方式：如图7、图10和图11所示，上述同轴馈电内导体72
的上端套设有位置和大小适宜的短路块8，该短路块8的上端与脊波导1的无脊宽壁6连接。在将同轴线7的同轴馈电内导体72自脊波导1有脊宽壁5向脊波导1无脊宽壁6的方向，延伸一小段，使同轴线7的同轴馈电内导体72沿电场方向插入脊波导1内，以激励起脊波导1内的场时，同轴馈电内导体72的插入会引起反射，对波导内的场产生很大的扰动，此时，通过同轴馈电内导体72上端的短路块8，匹配由同轴馈电内导体72插入波导引起的反射，达到调节同轴馈电端口73驻波比的目的。
56.本实施例的一种可选实施方式：如图5、图10和图11所示，在有脊宽壁5远离同轴线7的一端，设置有同轴负载9，该同轴负载9包括同轴负载内导体91和同轴负载外导体92，其中，同轴负载外导体92内设置有电阻，且该同轴负载外导体92嵌设在有脊宽壁5内。同轴负载内导体91的一端自波导腔4内穿设在有脊宽壁5内，与有脊宽壁5内的同轴负载外导体92连接；同轴负载内导体91的另一端位于波导腔4内。通过该结构，达到利用同轴负载9吸收来自传输线的微波能量，以改善波束赋形脊波导缝隙天线匹配性能的目的。
57.本实施例提供的波束赋形脊波导缝隙天线的工作原理如下：
58.在脊波导1的无脊宽壁6上开设辐射缝隙31，切断波导表面电流，继而向外辐射能量。通过调节辐射缝隙31偏置量和缝隙单元3通道2的物理长度，来控制辐射缝隙31辐射的能量和相对相位，从而实现需要的口径分布。在辐射缝隙31偏置量较多，辐射能量较大，导致波束赋形脊波导缝隙天线的缝隙单元3驻波较差时，通过调谐块10匹配辐射缝隙31偏置量较大引起的反射，从而调节缝隙单元3的驻波比。采用同轴馈电内导体72底馈的方式对脊波导1进行激励时，将同轴线内导体延伸一小段沿电场方向插入波导内以激励起波导内的场，并通过同轴馈电内导体72上端的短路块8，匹配由同轴馈电内导体72插入波导引起的反射，以调节同轴馈电端口73的驻波比。
59.如图12所示，为本实施例中一种波束赋形脊波导缝隙天线测试结果和仿真结果的对比图，由图示结果可知，本实施例提供的一种波束赋形脊波导缝隙天线，在脊波导1的无脊宽壁6上开设辐射缝隙31，切断波导表面电流，继而向外辐射能量。通过调节辐射缝隙31偏置量和缝隙单元3通道2的物理长度的物理长度，来控制辐射缝隙31辐射的能量和相对相位，从而实现需要的口径分布，达到波束赋形的目的。
60.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。