[发明专利]一维可扫波导窄边缝隙天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波技术领域的天线，尤其是用于高功率微波单频工作条件下辐射波束能在一维方向受控扫描且具有大规模组阵潜力的一种阵列天线。

背景技术

近年来，微波，特别是高功率微波（根据Benford和Swegle的约定，高功率微波指峰值功率大于100MW、频率在1～100GHz之间的电磁波）在众多领域中的诱人前景引起了许多国家的广泛关注和大量研究投入，并已取得极大的技术进步。微波发射天线是微波系统的重要组成部分，作用是实现微波的有效定向辐射。现有的微波天线多种多样，基本能够满足微波的定向辐射，然而，随着微波技术的发展需要，现有微波天线尤其是高功率微波天线存在难以实现微波单频工作条件下波束扫描及大规模组阵等不足，因此，新型可扫描且可大规模组阵的微波天线亟待研究。波导缝隙阵列天线由于结构紧凑、重量轻、加工方便、成本低、增益高和容易实现超低副瓣要求等显著优点而在常规微波中获得广泛应用。但是常规微波中波导缝隙阵列天线多用于频率扫描，而在某些场合如高功率微波领域，微波工作于窄带，难以调频，不能实现频率扫描。另外常规微波中缝隙阵列单元非均匀辐射，难以在平面两个方向都能拓展组阵。因此，如何使波导窄边缝隙天线成为单频工作条件下微波辐射的一种可一维扫描且具有大规模组阵能力及高功率微波领域应用潜力的阵列天线形式是本领域技术人员极为关注的技术问题。

由于商业应用的推动，国内外对波导窄边缝隙阵列天线的研究主要集中在通信等低功率微波领域中，在高功率微波领域关于波导窄边缝隙天线仍未见报道。在通信领域应用的波导窄边缝隙天线追求的是超低副瓣，其窄边缝隙单元辐射非均匀，且一般用于频率扫描，另外其工作于正常环境中功率容量很低，因此很难直接应用于高功率微波领域。典型的波导窄边缝隙天线设计可见文献【钟顺时，费桐秋，孙玉林.波导窄边缝隙阵天线设计.西安:西北电讯工程学院学报,1976：165-184】，文献【葛悦禾.频扫低副瓣波导窄边缝隙平面阵列天线的研究.雷达与对抗，1997，2：39-42】，以及文献【张祖稷，金林，束咸荣.雷达天线技术.北京：电子工业出版社，2004】等等，这些论文或著作均对波导窄边缝隙天线的设计和应用进行了较为详细的研究，取得了很好的结果。类似的文献还很多，但正如前面所述，这些文献所涉及的波导窄边缝隙天线的研究未涉及微波单频工作条件下波束扫描问题，难以实现大规模组阵，不能直接应用于高功率微波领域。因此，尽管人们已经了解和熟悉波导窄边缝隙天线，但在高功率微波领域未能成功使用这种天线形式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有波导窄边缝隙阵列天线单元辐射不均匀，难以大规模组阵、单频条件下难以波束扫描等不足，提供一种各个缝隙单元基本达到均匀辐射、在单频工作条件下实现一维波束扫描，具有大规模组阵能力和能工作于真空环境下的高功率容量波导窄边缝隙阵列天线。

本发明的技术方案是：

本发明一维可扫波导窄边缝隙天线，微波传输工作在TE₁₀模式，且为行波状态。本发明由一个矩形缝隙波导，滑动平板及步进电机构成。矩形缝隙波导由第一窄壁、第二窄壁以及两条宽壁构成。第一窄壁与第二窄壁之间的距离为a，两条宽壁之间的距离为b，第一窄壁、第二窄壁、宽壁的厚度均为t，波导的长度为l。矩形缝隙波导的一端为微波馈入端口，微波馈入端口截面尺寸为a₀×b，a₀是微波馈入端口宽边尺寸，另一端口接有匹配负载，在矩形缝隙波导的第一窄壁上离开端口位置等间距开有N个缝隙，相邻缝隙中心之间的距离为d，缝隙的宽度为w，缝隙的倾角依次为β_n，缝隙切入波导宽壁的深度为h_n，1≤n≤N。在矩形缝隙波导第一窄壁及第二窄壁之间嵌入一滑动平板，微波实际在矩形缝隙波导的第一窄壁及滑动平板之间传输，滑动平板与矩形缝隙波导第一窄壁的距离（即微波实际传输波导的宽边尺寸）为a’，滑动平板可沿着与波导第二窄壁垂直的方向滑动，改变微波实际传输的宽边尺寸a’。步进电机固定在矩形缝隙波导的第二窄壁上。为了使滑动平板滑动更精确，可以使用螺旋测微计，螺旋测微计的测量杆与固定在滑动平板上的轴承相连，螺旋测微计的滑环与步进电机的转轴相连。步进电机工作时，驱动滑环可联动滑动平板在与矩形缝隙波导第二窄壁垂直的方向滑动，改变微波实际传输波导的宽边尺寸a’。整个天线可工作于真空环境中，如置于可密封的高分子介质套中。

上述涉及的参数满足以下条件：