[发明专利]高增益低损耗X波段天线设计

说明书

技术领域

本发明属于波导缝隙阵列天线领域，涉及一类X波段天线设计，具体地说是可应用于船舶导航雷达的一种高增益低损耗X波段天线。

背景技术

该天线可用于船舶导航雷达。船舶导航雷达是保障船舶航行的雷达，用以观测周边的岸线、浮标以及其它船舶等物体，并确定其方位以避免碰撞等。几乎所有海上航行的船舶都安装了该雷达，根据海面上的特殊环境以及雷达目标探测准确性的要求，船舶导航雷达的天线一般均采用水平极化下的扫帚型波束。由于波导缝隙阵列天线具有易实现水平极化和扫帚波束，并具有高增益和低旁瓣等特性，因而在船用雷达中常常被采用。为获得较高的雷达分辨率，通常采用较长的波导缝隙阵天线，而为提高天线的辐射效率，对于较长的波导缝隙阵天线常采用波导端口馈电方式。这样的馈电方式有太长的馈电波导，结构繁琐，同时增加了馈电的传输损耗，也降低了天线结构的平衡性，增加了伺服系统的设计难度。另外，天线负载终端也致使部分电磁能量被负载吸收，降低了天线的效率。因此，有必要对该类天线的馈电方式以及天线结构进行改进，在保证其它指标满足实际应用的条件下，降低传输损耗、提高天线的效率。

发明内容

本发明提供一种高增益低损耗的X波段天线设计方法，以及设计一种简易阻抗匹配调节的同轴波导转换装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高增益低损耗的X波段天线主要由谐振式波导缝隙阵列天线、扇形喇叭、垂直极化滤波器、同轴波导转换装置、短路活塞以及阵列分隔板构成。缝隙波导①是主辐射体波导的窄边开有54个斜缝，缝隙的分布实现高增益、低旁瓣和窄水平波束。扇形喇叭②用以减小垂直方向的波束、提高增益。垂直极化滤波器③用以滤除垂直极化的电磁波。易阻抗匹配调节的同轴波导转换装置④是天线的馈电部分，这样的空气介质同轴线没有介质损耗，而且相比于一般的1200mm的X波段船用导航天线缩短了馈电线的长度，很大程度上减小了传输损耗。短路活塞⑤位于波导两端，方便天线调节测试。阵列分隔板加在缝隙波导的场强最强区和较强区，用于减小缝隙之间的耦合，可以进一步改善天线的旁瓣电平。

本发明的有益效果是：本发明采用易阻抗匹配调节的同轴线在天线的中间馈电，与传统的船舶导航雷达天线馈电方式相比，减小了波导传输损耗，另外采用谐振式的波导缝隙阵列天线，避免了吸收负载对电磁能量的吸收损耗，提高了天线的效率。由于天线采用了中心馈电结构，天线左右对称，因而天线的重心点也是天线的馈电点和转动点，天线转动时更加平稳，缝隙设计更加简单。同时，采用阵列分隔板改善天线旁瓣，结构简单。

附图说明

图1高增益低损耗的X波段天线结构三维示意图。

图2缝隙波导结构示意图。

图3扇形喇叭截面视图。

图4空间垂直极化滤波器结构示意图。

图5同轴波导转换以及馈电接口的结构示意图，聚四氟乙烯用于固定同轴线。

图6波导的可调节短路活塞。

图7整个天线的驻波比仿真曲线图。

图8整个天线的E面和H面增益方向图，其增益高达28.5dB。

具体实施方式

参照图1。上述天线用同轴线在缝隙波导的中间馈电。整个天线可用铜、铝等金属材料制成。

参照图2。缝隙波导采用长22.86mm，宽10.16mm的标准波导。

参照图3。扇形喇叭的厚度可取0.5mm～0.8mm。

参照图4。垂直极化滤波器的厚度可取0.5mm～1mm。

参照图5。同轴线的内导体半径大小为1.75mm，外导体的内半径⑥大小为4.5mm，填充介质为空气。同轴线内导体的一端⑦使用螺纹结构，该螺纹结构主要是为了将同轴线内导体与波导⑧固定在一起，同时采用该结构方便对同轴线的内导体进行调节。在同轴线内导体与波导⑧的转换接口部分，为了使其阻抗匹配，采用了阶梯式结构⑨，也可采用渐变式等其他阻抗匹配结构。另外，在波导⑧宽边加一螺钉⑩以完善阻抗匹配，也可以用多螺钉完善阻抗匹配。为了改善天线的带宽，与波导缝隙连接处的同轴线外导体内半径大小设计为6mm。在同轴线内半径⑥与内半径之间的过渡段，加一介质(聚四氟乙烯)，通过调节介质的形状，可改善阻抗匹配，增加频带宽度。同时，该介质也能确保同轴线内导体始终处于同轴线的中心位置，不产生偏移。同轴线的一端也使用了螺纹结构，该结构既能够固定同轴线的外导体，也能够固定介质。本发明中的同轴波导转换器传输损耗很低，驻波小于1.2的频带宽度大于100MHz，完全满足实际应用。