[发明专利]基于3D打印和金属镀层的中空杆壁波导缝隙阵列天线

说明书

基于3D打印和金属镀层的中空杆壁波导缝隙阵列天线，涉及波导缝隙阵列天线。从上至下依次设有含有谐振腔的金属镀层中空杆壁层、金属镀层中空杆壁波导馈电网络层；所述金属镀层中空杆壁波导馈电网络层集成由级联的T、H型功率分配器组成的馈电网络，所述基于3D打印和金属镀层的中空杆壁波导缝隙阵列天线的输入端与馈电网络通过基于3D打印和金属镀层的中空杆壁波导缝隙阵列天线的主馈电部分连接，馈电网络与谐振腔通过耦合缝隙连接，谐振腔与自由空间通过辐射缝隙连接。分发挥天线结构特点以及该结构带来的加工工艺优势，实现了易加工，低损耗，频带宽，高增益的高性能天线，因此具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及波导缝隙阵列天线，尤其是涉及一种基于3D打印和金属镀层的中空杆壁波导缝隙阵列天线。

背景技术

波导缝隙阵列天线具有介质损耗和辐射损耗低的特点，所以其具有效率高、结构紧凑、功率容量高等性能，易于实现宽频段、高增益、低副瓣性能，广泛应用于航空航天和雷达通信系统等。它是在波导壁上按一定规律开细长的裂缝，通过切断波导壁上的电流通路，使缝隙受到激励，波导中传输的电磁波通过缝隙向自由空间中辐射而形成的一种口径天线。

常见的缝隙有开在波导的窄边上的倾斜缝隙，开在波导宽上边的横向缝隙和纵向缝隙，还有开在波导宽边中央的倾斜缝隙。其中窄壁上开斜缝和宽壁上开纵缝等效于传输线上的并联导纳，宽壁上开横缝和中央开斜缝等效于传输线上串联阻抗(校焕庆，西安电子科技大学，波导缝隙阵列天线分析与设计)。

对于波导缝隙阵列天线，当采用串联馈电阵元数较多时，由于长线效应的影响(MakoTo Ando,Yasuhiro TsunemiTsu,Miao Zhang,Jiro Hirokawa and Shusuke Fujii,“Reduction of Long-Line Effects in Single-Layer Slotted Waveguide Arrays Withan Embedded Partially-Corporate Feed,”IEEE Trans.AnTennas Propag.,2010，58(7)：2275-2280)，会造成带宽的降低。天线的子阵化是最行之有效的方法，采用多级并联馈电网络并利用周期性可将二维天线分解成若干个子阵，从而减少子阵中串联阵元数量，改善天线带宽并降低天线设计难度。

金属镀层的中空杆壁波导缝隙阵列天线作为一种新型波导形式，其基本结构与基片集成波导较为类似，它同样是利用一排周期性打在介质上的镀层金属杆代替传统波导的金属壁，可以把电磁波限制在一定的空间范围内向前传播。和传统矩形波导相比，金属镀层的中空杆壁波导易加工、重量轻，而且具有和矩形波导相似的传播特性。而和传统基片集成波导最大的不同在于，金属镀层的中空杆壁波导不采用传统的电介质填充，而仅仅是与空气结合，因此与基片集成波导相比，金属镀层的中空杆壁波导中不存在介质损耗，更易实现低损耗、高效率。

由于波导缝隙阵列天线是一个相对大且复杂的波导系统，很难甚至不可能通过铣削或线切割等普遍的加工方法在一块独立金属上制造完成。传统的波导缝隙阵列天线加工方法将天线结构分成几个部分，并通过螺钉联结或扩散焊接等粘接技术将它们固定在一起。然而，这类工艺制造出的天线中不仅存在校准误差，天线结构内相邻金属层之间还会存在着不可避免的空气间隙，这些加工产生的误差极有可能导致在结构内存在电磁波泄漏和多次反射，这些现象严重到足以大大降低天线在高频段工作时的性能(Guan-Long Huang,Shi-Gang Zhou,Tan-Huat Chio,Chow-Yen-Desmond Sim,and Tat-Soon Yeo,“WidebandDual-Polarized and Dual-MonopulseCompact Array for SAR System IntegrationApplications,”IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters,2016，13(8))。