[发明专利]一种具有解耦结构的二维波导缝隙阵列天线及其设计方法

权利要求书

1.一种具有解耦结构的二维波导缝隙阵列天线，其特征在于由下层的馈电网络和上层的辐射波导、空气腔组成，所述下层的馈电网络设有T型功分器主波导和馈电波导，所述馈电波导与辐射波导之间通过耦合缝隙连接，辐射波导与空气腔之间通过辐射缝隙连接，入射电磁波从输入端依次经T型功分器主波导、馈电波导、耦合缝隙、辐射波导、辐射缝隙和空气腔，最终辐射到空间。

2.如权利要求1所述一种具有解耦结构的二维波导缝隙阵列天线，其特征在于通过在辐射缝隙外部增加开放式腔体，抑制辐射缝隙间的互耦效应，改善天线的整体带宽。

3.如权利要求2所述一种具有解耦结构的二维波导缝隙阵列天线，其特征在于所述开放式腔体的长宽高尺寸根据工作频率和辐射缝的分布情况具体设计，或去除缝隙弱耦合方向即缝隙长度方向的金属壁将呈周期格子分布的空气腔简化为平行的金属隔片。

4.如权利要求1所述一种具有解耦结构的二维波导缝隙阵列天线，其特征在于采用中心馈电、部分并联馈电或并联馈电网络，将天线整体简化为若干个子阵。

5.如权利要求1所述一种具有解耦结构的二维波导缝隙阵列天线，其特征在于所述辐射波导呈周期性排列，周期为辐射波导宽度与金属壁厚度之和，通过调整馈电波导宽度使得馈电波导导波波长为辐射波导周期的二分之一。

6.采用一种基于过载技术的具有解耦结构的二维波导缝隙阵列天线的宽带设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1)采用至少1个T型功分器构成天线所需的馈电网络，在T型功分器的主波导和馈电波导内插入二阶金属膜片，调节金属膜片的厚度和插入深度，实现具有双谐振的匹配效果；

2)根据天线馈电网络和阵元排列的周期性，将阵列天线整体分割为若干个子阵，并且每个子阵包括辐射缝隙子阵和耦合缝隙子阵；

3)独立设计辐射缝隙子阵和耦合缝隙子阵，每个子阵中串联的辐射缝隙和耦合缝隙数量较少，采用谐振式阵列即驻波激励，运用过载技术，具体设计如下：

(1)解耦结构—开放式腔体设计，具体方法为：根据工作频率和辐射缝的分布情况，具体优化腔体的长宽高尺寸，通过增加腔体使得分布于二维阵列中辐射缝隙的等效导纳值与独立存在的单个辐射缝隙的导纳值相等，即获得解耦效果；

(2)辐射缝隙子阵设计，具体方法为：辐射缝隙间距为二分之一辐射波导波长，当子阵输入端的归一化导纳值为1时，在中心频率取得最佳匹配效果，反射系数的频率响应呈单谐振特性；此时采用过载技术，即增加各个辐射缝的横向偏移量，中心频点归一化导纳值将大于1，即过载呈失配状态，而当工作频率偏离中心频点时，低频端和高频段各有一个频点，两频点处的归一化导纳值将接近1，故采用过载技术时天线反射系数的频率响应呈双谐振特性，匹配带宽得到大幅改善；

(3)耦合缝隙子阵设计，具体方法为：耦合缝隙子阵中缝隙间距为馈电波导中二分之一导波波长，通过增大耦合缝隙的旋转角度实现过载，同样通过实现双谐振特性，大幅改善耦合缝隙子阵的匹配带宽；

4)将独立设计的辐射缝隙子阵与耦合缝隙子阵组合成天线子阵，变化缝隙长度等参数，调节各个子阵的谐振点和谐振特性，进而在子阵中的特性实现多重谐振，进一步改善天线匹配带宽。