[发明专利]一种圆极化波导缝隙天线及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线，尤其涉及的是一种圆极化波导缝隙天线及其设计方法。

背景技术

近些年来，随着卫星通讯的广泛应用，接收卫星广播通讯的天线系统得到了快速的发展。诸如用于直播卫星(DBS)通讯系统，需要低轮廓、高效率的天线系统，以提高系统的G/T值(G为天线系统的增益；T为天线系统的噪声温度)，来增加天线与卫星通讯的数据率。并且，天线的有效孔径受天线扫描体积的限制，对于给定的扫描体积，低轮廓天线可以得到最大的系统增益，从而提高整个系统的G/T值。

波导缝隙天线阵由于其高效、易于幅相控制、加工简单等因素得以大量应用，特别是雷达系统。波导缝隙天线阵有行波阵和驻波阵(谐振阵)两种，波导行波阵带宽较宽、有频扫特性。但其效率较低，适合做大型平面阵列；驻波阵效率高、带宽较窄，适合做小型平面阵列。

对于接收卫星直播通讯的天线系统来说，一般安装在飞机上或汽车顶部，因此这些天线系统都具有很好的机动性，从而对于这些天线的要求也就比较高。比如：小型化、低轮廓、低损耗、高增益等。为了减少天线系统的高度，天线一般设计为平面阵列天线，因此波导缝隙天线阵得到了很好的应用。

商业卫星通讯系统中，卫星接收和发射的信号都是圆极化波，这样无论雷达和卫星成什么夹角，都不会引起交叉极化分量。也就是说卫星接收和发射圆极化波，不会引起极化的失配从而引起数据传输的效率的降低。

美国现有矩形波导宽边中心开“X”缝隙的漏波天线和低损耗低轮廓双极化波导月牙缝隙天线阵，但这两种圆极化天线都是波导行波天线，存在工作宽带内波束指向色散、效率低等问题。

现有的脊波导宽边横向直缝隙天线、脊波导倾斜缝隙对天线、宽带双L形波导窄边缝隙天线阵和一种宽带单脊波导宽边纵缝驻波天线中，各天线均为脊波导单线极化天线。

在现有的技术中，张洪涛，汪伟提出的一种圆极化波导驻波天线(专利号CN200910185457.3，主分类号H01Q13/10，申请日20091113)，其包含了馈电波导和开口波导两层结构，结构上较为复杂，天线厚度较厚，并且圆极化带宽较窄。汪伟，齐美清，张洪涛等提出的一种圆极化天线(专利号CN201310454644.3，主分类号H01Q13/22，申请日20130929)，在“凹”形波导管上开设辐射缝隙，实现圆极化的工作方式，该圆极化天线在X波段以下具有较好的圆极化特性，且也易于工程化，但在X波段以上，这种圆极化天线受加工因素的影响，很难实现工程化。

现有技术中的天线，要么为线极化工作；要么存在波束指向色散；要么结构复杂，工作带宽较窄；要么受工程化影响，不适宜工作在高频段，无法满足日益发展的雷达和通信系统需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好的宽频带特征，结构简单，便于单独组成大型平面阵的圆极化波导缝隙天线及其设计方法，用以解决现有技术中的天线，要么为线极化工作；要么存在波束指向色散；要么结构复杂，工作带宽较窄；要么受工程化影响，不适宜工作在高频段，无法满足日益发展的雷达和通信系统需求的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种圆极化波导缝隙天线，其包括金属波导管，金属波导管的横截面呈“凸”形：定义金属波导管上凸起部分为凸台，定义金属波导管上位于凸台两侧的缩进部分均为肩臂；金属波导管为空管，且其一端为所述天线的输入口，其相对的另一端设置为封闭短路或接匹配负载；凸台上且沿金属波导管的延伸方向上开设有多个直缝隙，每个直缝隙平行于金属波导管的延伸方向而呈直线形；每个肩臂上且沿金属波导管的延伸方向上开设有多对倾斜缝隙组，每对倾斜缝隙组包括呈八字形的倾斜缝隙，每对倾斜缝隙组自凸台的侧壁向外发散而倾斜于凸台。

作为上述方案的进一步改进，多个直缝隙排列成相互平行的两组直缝隙组，两组直缝隙组位于凸台中心线的两侧。再进一步地，每组直缝隙组上的多个直缝隙等间距设置，肩臂上相邻两个倾斜缝隙中心之间的距离与凸台上相邻两个直缝隙中心之间的距离相同。

再进一步地，两组直缝隙组成中心对称，两个肩臂上的多对倾斜缝隙组以凸台的中心线成轴对称。

作为上述方案的进一步改进，所有直缝隙的中心与所有倾斜缝隙的中心位于金属波导管的同一横截面内。

作为上述方案的进一步改进，每个倾斜缝隙自凸台的侧壁向外发散至肩臂的侧壁上，使相应侧壁出现豁口。