高增益低損耗x波段天線設(shè)計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種長度為1200mm的高增益低損耗X波段船舶導(dǎo)航雷達天線設(shè)計方法。天線的設(shè)計主要采用諧振式波導(dǎo)縫隙陣列天線、垂直極化濾波器、喇叭天線、同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換等技術(shù)。與傳統(tǒng)相同長度的船舶導(dǎo)航雷達天線相比，本發(fā)明以較短的易阻抗匹配調(diào)節(jié)的同軸線饋電方式取代傳統(tǒng)的較長波導(dǎo)管單端饋電方式，減小了傳輸損耗和天線的設(shè)計難度，同時提高了天線結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)固性。另外，本發(fā)明通過陣列分隔板將縫隙陣列分成四部分，有效的降低了天線的旁瓣。
【專利說明】高增益低損耗X波段天線設(shè)計

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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，具體地說是可應(yīng) 用于船舶導(dǎo)航雷達的一種高增益低損耗X波段天線。

【背景技術(shù)】
[0002]該天線可用于船舶導(dǎo)航雷達。船舶導(dǎo)航雷達是保障船舶航行的雷達，用以觀測周 邊的序線、浮標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，根據(jù)海面上的特殊環(huán)境以及雷達目標探測準確性的要求，船舶導(dǎo)航雷 達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，因而在船用雷達中常常被采用。為獲得較高 的雷達分辨率，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)計難度。另 夕卜，天線負載終端也致使部分電磁能量被負載吸收，降低了天線的效率。因此，有必要對該 類天線的饋電方式以及天線結(jié)構(gòu)進行改進，在保證其它指標滿足實際應(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】

[0003] 本發(fā)明提供一種高增益低損耗的X波段天線設(shè)計方法，以及設(shè)計一種簡易阻抗匹 配調(diào)節(jié)的同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換裝置。
[0004] 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?？p隙波導(dǎo)①是主輻射體波導(dǎo)的窄邊開有 54個斜縫，縫隙的分布實現(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)測試。陣列分隔板Θ加在縫隙波導(dǎo)的場強最強區(qū)和較強區(qū),用于減小縫隙之間的耦合， 可以進一步改善天線的旁瓣電平。
[0005] 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，避免了吸收負載對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)，天線左右對稱，因而天線的重心點也是天線的饋電點和轉(zhuǎn)動點，天線轉(zhuǎn)動 時更加平穩(wěn)，縫隙設(shè)計更加簡單。同時，采用陣列分隔板改善天線旁瓣，結(jié)構(gòu)簡單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1高增益低損耗的X波段天線結(jié)構(gòu)三維示意圖。
[0007] 圖2縫隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008] 圖3扇形喇叭截面視圖。
[0009] 圖4空間垂直極化濾波器結(jié)構(gòu)不意圖。
[0010] 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。
[0011] 圖6波導(dǎo)的可調(diào)節(jié)短路活塞。
[0012] 圖7整個天線的駐波比仿真曲線圖。
[0013] 圖8整個天線的E面和Η面增益方向圖，其增益咼達28· 5dB。

【具體實施方式】
[0014] 參照圖1。上述天線用同軸線在縫隙波導(dǎo)的中間饋電。整個天線可用銅、鋁等金屬 材料制成。 _
[0015] 參照圖2。縫隙波導(dǎo)采用長22. 86mm，寬10. 16mm的標準波導(dǎo)。
[0016] 參照圖3。扇形喇叭的厚度可取〇· 5臟?〇· 8_。
[0017] 參照圖4。垂直極化濾波器的厚度可取〇· 5mm?1圓。
[0018] 參照圖5。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. 5ram， 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，同時采用該結(jié)構(gòu)方便對同軸線的內(nèi)導(dǎo)體進行調(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) 計為6πιηι。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，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，完全滿足實際應(yīng)用。
[0019] 參照圖6,可調(diào)節(jié)的短路活塞尺寸比波導(dǎo)的內(nèi)尺寸小0. 1mm?0.5mm，確保了塞能 夠在波導(dǎo)里靈活移動，同時也避免了活塞與波導(dǎo)之間的縫隙過大帶來損耗。這種短路活塞 的方式可以降低對天線加工精度的要求，便于天線測試時對天線進行再次調(diào)節(jié)。
[0020] 本天線在組裝時，首先將零件①波導(dǎo)縫隙安裝在扇形喇叭結(jié)構(gòu)②的槽內(nèi)，再將空 間垂直極化濾波器③安裝在喇叭結(jié)構(gòu)的頸部。而后再安裝短路活塞⑤以及陣列分隔板Θ。 這樣天線的主體部分就已經(jīng)形成。最后再安裝上天線的同軸饋電部分④?？紤]實際天線安 裝的可行性，饋電部分和天線主體采用螺紋結(jié)構(gòu)結(jié)合。總體裝配圖見圖1。
[0021] 本發(fā)明的長度為1200mm，VSWR < L 5的頻率覆蓋范圍是9. 320GHz-9. 448GHz。天 線的增益為28· 5dB,第一旁瓣電平小于_2〇· MB，10。以內(nèi)的交叉極化小于-51. 5dB，水平 半功率波束寬度為I·7。，垂直半功率波束寬度為27。。
【權(quán)利要求】
1. 一種長度為l2〇Omm的高增益低損耗X波段天線設(shè)計，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，其特征 是：天線縫隙陣列用三個陣列分隔板隔開，天線采用易阻抗匹配調(diào)節(jié)的同軸線饋電。一
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益低損耗X波段天線設(shè)計，其特征是：三個陣列分隔板 分別放在波導(dǎo)縫隙的中間位置，以及距波導(dǎo)縫隙中間200nm- 3〇〇mm的左右兩邊，將陣列分 成4部分，分隔板不能覆蓋波導(dǎo)上的縫隙。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益低損耗X波段天線設(shè)計，其特征是：采用同軸線在諧 振式波導(dǎo)縫隙陣列天線的中心位置饋電，同軸線內(nèi)導(dǎo)體一端采用螺紋結(jié)構(gòu)，同軸線內(nèi)導(dǎo)體 在縫隙波導(dǎo)內(nèi)的插入深度可以自由調(diào)節(jié)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益低損耗X波段天線設(shè)計，其特征是：同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換裝 置的轉(zhuǎn)換部分用四個半徑遞減的圓盤構(gòu)成，四個圓盤依次同心堆疊在轉(zhuǎn)換接口的矩形波導(dǎo) 寬邊中心位置，同軸線內(nèi)導(dǎo)體從四個圓盤的中心穿過。
【文檔編號】H01Q1/50GK104218323SQ201310211007
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】葛俊祥, 成浩, 于兵, 潘安, 周勇 申請人:南京信大電子科技有限公司