[发明专利]大型毫米波单脉冲平板缝隙阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种平板波导缝隙阵列天线结构，尤其是一种尺寸≥500mm×530mm，增益大于42dB的大型毫米波单脉冲平板缝隙阵列天线。 

背景技术

由于波导缝隙天线具有结构紧凑，功率容量大，稳定性高，馈电方便和口径利用率高等特点而被广泛应用于雷达和通讯领域等各种微波、毫米波系统中。而波导宽边开谐振缝隙的天线又具有交叉极化电平比较低的优点，成为波导缝隙天线中比较常用的形式。自1948年美国的A.F.Stevensio n提出缝隙辐射问题以来，平板缝隙阵列形式的天线引起了人们广泛的关注和研究。经过几十年的研究，波导缝隙天线的理论及设计方法已经趋于成熟。上世纪80年代，R.S.Elliott等人对矩形波导宽边纵向缝隙阵列进行了深入的研究，提出了著名的裂缝设计三个方程，给出了设计方法，通过调节缝隙的长度和偏心距对缝隙的馈电幅度进行控制。波导缝隙天线阵在构成上包括辐射阵面和馈电网络，主要分成辐射阵面综合和馈电网络综合两大部分。首先根据技术指标要求(如增益、波宽等)确定天线阵列的尺寸，包括单元数、单元间距等，然后根据单元数以及副瓣要求再综合出每一个单元的幅度、相位分布，综合时要考虑单元之间的互耦。早期的单脉冲天线多使用卡塞格仑双反射器天线，其中的主、次反射器分别为抛物面和双曲面，用多喇叭或其它多模技术获得单脉冲天线的和、差信号。该天线的 前后径长、转动惯量大，且次反射器会影响天线效率。另外，抛物面反射引起的寄生极化产生交叉极化分量也会影响天线效率。 

目前对于尺寸为500mm×530mm，增益大于42dB的大型毫米波缝隙天线阵列，其难度主要在于阵列太大。由于整个阵面尺寸非常大，根据天线系统要实现单脉冲，方位及俯仰均要实现和、差波束的要求，即使分为四个象限，每一个象限的尺寸也同样很大，即使采用现有计算设备进行一体化设计，其难度仍然非常大，如果采用常规设计，制造如此大的阵列必然会存在极大的加工风险。因此目前国内外相关文献报道很少。 

发明内容

本发明的任务是针对大型单脉冲平板缝隙阵列天线阵面尺寸大，阵元间互耦大，加工风险高，一体化设计难的问题，提供一种具有高增益、低副瓣、能够减小馈电网络高度，便于进行加工的大型毫米波单脉冲平板缝隙阵列天线。 

本发明目的可以通过下述技术方案予以实现：一种大型毫米波单脉冲平板缝隙阵列天线，包括：辐射纵缝及波导组成的四个象限天线阵面、宽边中心斜缝组成的耦合波导和馈电网络；每个象限又分为4×4的子象限，其特征在于：所述馈电网络采用相互连接在馈电波导之间的H-T不等功分器级联。H-T不等功分器级联组成一分十六功分器网络，功分器网络与16个子象限连接馈电，构成天线一个象限的天线阵面。两个相邻阵列的子象限各有两根成一条直线的耦合波导，一个子象限相连一根耦合波导馈电，每根耦合波导宽壁中心斜缝数M_cs＝9，以非标准波导作为馈电波导，馈电波导通过缝耦合给耦合波导馈电，耦合波导两端短路，短路端与平面阵底部共壁，且宽壁上开有中心斜缝。 

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。 

本发明利用现有的计算机技术结合Ansoft HFSS仿真软件进行电磁仿真，完成辐射缝隙、馈电缝隙参数的提取，用小阵模拟大阵的方法克服现有的计算设备条件限制，完成整个天线的参数设计；馈电波导通过缝耦合给耦合波导馈电，非标准波导馈电波导，馈电波导之间由H-T相互连接，减小了馈电网络的高度。 

本发明将整个天线阵面分成4块，每个象限由1296个辐射缝隙、16个子象限组成，包含了5184个辐射缝隙单元，由4个象限来完成单脉冲功能(形成和波束、方位差波束以及俯仰差波束)。天线总厚度约为10mm。为便于加工这种大型的平板缝隙阵列，本发明在结构上将天线分成独立四块进行设计，将整个阵面的幅相分布简化到一个象限子阵，既减轻设计负担又减小了加工难度和加工成本。 

附图说明

图1是本发明的单脉冲平板缝隙天线的结构原理框图。 

图2是本发明4个象限天线阵面的分解示意图。 

图3是本发明整个平板缝隙天线阵面的立体结构示意图。 

图4是图3后视结构示意图。 

图5是本发明其中一个象限的平板缝隙天线阵面的结构示意图。 

图6是图5象限阵面天线的馈电网络结构图。 

图7是图5象限阵面天线的分层示意图。