高增益低損耗x波段天線設計的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種長度為1200mm的高增益低損耗X波段船舶導航雷達天線設計方法。天線的設計主要采用諧振式波導縫隙陣列天線、垂直極化濾波器、喇叭天線、同軸波導轉換等技術。與傳統相同長度的船舶導航雷達天線相比，本發明以較短的易阻抗匹配調節的同軸線饋電方式取代傳統的較長波導管單端饋電方式，減小了傳輸損耗和天線的設計難度，同時提高了天線結構上的穩固性。另外，本發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波段天線設計
【技術領域】
[0001]本發明屬于波導縫隙陣列天線領域，涉及一類X波段天線設計，具體地說是可應 用于船舶導航雷達的一種高增益低損耗X波段天線。
【背景技術】
[0002]該天線可用于船舶導航雷達。船舶導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，根據海面上的特殊環境以及雷達目標探測準確性的要求，船舶導航雷 達的天線一般均采用水平極化下的掃帚型波束。由于波導縫隙陣列天線具有易實現水平極 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縫隙陣天線，而為提高天線的輻射效率，對于較長的波 導縫隙陣天線常采用波導端口饋電方式。這樣的饋電方式有太長的饋電波導，結構繁瑣，同 時增加了饋電的傳輸損耗，也降低了天線結構的平衡性，增加了伺服系統的設計難度。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構進行改進，在保證其它指標滿足實際應用的條件下，降低 傳輸損耗、提高天線的效率。
【發明內容】
[0003] 本發明提供一種高增益低損耗的X波段天線設計方法，以及設計一種簡易阻抗匹 配調節的同軸波導轉換裝置。
[0004] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：高增益低損耗的X波段天線主要由 諧振式波導縫隙陣列天線、扇形喇叭、垂直極化濾波器、同軸波導轉換裝置、短路活塞以及 陣列分隔板構成。縫隙波導①是主輻射體波導的窄邊開有 54個斜縫，縫隙的分布實現高增 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。易阻抗匹配調節的同軸波導轉換裝置④是天線的饋電部 分，這樣的空氣介質同軸線沒有介質損耗，而且相比于一般的1200mm的X波段船用導航天 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位于波導兩端，方便天線 調節測試。陣列分隔板Θ加在縫隙波導的場強最強區和較強區,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] 本發明的有益效果是：本發明采用易阻抗匹配調節的同軸線在天線的中間饋電， 與傳統的船舶導航雷達天線饋電方式相比，減小了波導傳輸損耗，另外采用諧振式的波導 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 了中心饋電結構，天線左右對稱，因而天線的重心點也是天線的饋電點和轉動點，天線轉動 時更加平穩，縫隙設計更加簡單。同時，采用陣列分隔板改善天線旁瓣，結構簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006] 圖1高增益低損耗的X波段天線結構三維示意圖。
[0007] 圖2縫隙波導結構示意圖。
[0008] 圖3扇形喇叭截面視圖。
[0009] 圖4空間垂直極化濾波器結構不意圖。
[0010] 圖5同軸波導轉換以及饋電接口的結構示意圖，聚四氟乙烯用于固定同軸線。
[0011] 圖6波導的可調節短路活塞。
[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。縫隙波導采用長22. 86mm，寬10. 16mm的標準波導。
[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。同軸線的內導體半徑大小為1. 75mm，外導體的內半徑⑥大小為4. 5ram， 填充介質為空氣。同軸線內導體的一端⑦使用螺紋結構，該螺紋結構主要是為了將同軸線 內導體與波導⑧固定在一起，同時采用該結構方便對同軸線的內導體進行調節。在同軸線 內導體與波導⑧的轉換接口部分，為了使其阻抗匹配，采用了階梯式結構⑨，也可采用漸變 式等其他阻抗匹配結構。另外，在波導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，與波導縫隙連接處的同軸線外導體內半徑?大小設 計為6πιηι。在同軸線內半徑⑥與內半徑?之間的過渡段，加一介質?（聚四氟乙烯），通過 調節介質的形狀，可改善阻抗匹配，增加頻帶寬度。同時，該介質也能確保同軸線內導體始 終處于同軸線的中心位置，不產生偏移。同軸線的一端?也使用了螺紋結構，該結構既能夠 固定同軸線的外導體，也能夠固定介質?。本發明中的同軸波導轉換器傳輸損耗很低，駐波 小于1. 2的頻帶寬度大于100MHz，完全滿足實際應用。
[0019] 參照圖6,可調節的短路活塞尺寸比波導的內尺寸小0. 1mm?0.5mm，確保了塞能 夠在波導里靈活移動，同時也避免了活塞與波導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節。
[0020] 本天線在組裝時，首先將零件①波導縫隙安裝在扇形喇叭結構②的槽內，再將空 間垂直極化濾波器③安裝在喇叭結構的頸部。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形成。最后再安裝上天線的同軸饋電部分④。考慮實際天線安 裝的可行性，饋電部分和天線主體采用螺紋結構結合。總體裝配圖見圖1。
[0021] 本發明的長度為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波段天線設計，主要由諧振式波導縫隙陣列天 線、扇形喇叭、垂直極化濾波器、同軸波導轉換裝置、短路活塞以及陣列分隔板構成，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節的同軸線饋電。一
2. 根據權利要求1所述的高增益低損耗X波段天線設計，其特征是：三個陣列分隔板 分別放在波導縫隙的中間位置，以及距波導縫隙中間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上的縫隙。
3. 根據權利要求1所述的高增益低損耗X波段天線設計，其特征是：采用同軸線在諧 振式波導縫隙陣列天線的中心位置饋電，同軸線內導體一端采用螺紋結構，同軸線內導體 在縫隙波導內的插入深度可以自由調節。
4. 根據權利要求1所述的高增益低損耗X波段天線設計，其特征是：同軸波導轉換裝 置的轉換部分用四個半徑遞減的圓盤構成，四個圓盤依次同心堆疊在轉換接口的矩形波導 寬邊中心位置，同軸線內導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 優先權日:2013年5月31日
【發明者】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