[发明专利]一种可扩展阵列的脊波导天线子阵及阵列

说明书

本发明涉及一种可扩展阵列的脊波导天线子阵，包括：脊波导天线子阵，所述脊波导天线子阵包括脊波导和辐射缝隙，所述脊波导中空且两端设置形成终端短路面，所述脊波导的一周侧面开设有辐射缝隙；还包括脊，所述脊设置于脊波导中，所述脊靠近端部处开设有凹槽。本发明中，由于阶梯型凹槽的存在，终端短路面附近的主模分布发生改变，此处的波导波长不同于脊波导中其他部分的波导波长，进而调节波腹点距离终端短路面的距离，实现辐射缝隙与终端短路面之间距离的可调整，这样当该脊波导天线子阵用于组阵时，相邻子阵的相邻子阵边缘缝隙的间距与子阵内部的辐射缝隙间距一致，避免了方向图性能恶化的问题。

技术领域

本发明涉及微波天线技术领域，尤其涉及一种可扩展阵列的脊波导天线子阵。

背景技术

波导缝隙天线阵具有结构紧凑、机械强度好、馈电损耗低、辐射效率高、功率容量大、可靠性高、易于机电一体化加工等优点，所以倍受人们的重视，并在雷达、通信系统中得到广泛的应用。

波导缝隙天线阵通常以其波导中主模的分布态势为设计依据，在合适的位置开缝隙，实现电磁波的有效辐射。以宽边开纵向缝的波导缝隙驻波阵为例，相邻缝隙的间距需设计为二分之一波导波长，天线阵边缘缝隙与波导短路面的距离需设计为四分之一波导波长，此时，所有缝隙均开设在主模的波腹点处，波导缝隙天线阵的辐射效率最高。

脊波导缝隙天线阵的设计方法与普通波导缝隙天线阵一致，以其脊波导中主模分布为设计基础与依据。相比普通波导，脊波导的主模截止频率更低，尺寸更小，因而脊波导缝隙天线阵相比普通波导缝隙天线阵，可实现更小的天线单元间距，进而获得更大的扫描角度。故脊波导缝隙天线阵也得到广泛的应用。

在一些应用场景中，系统需要较高的增益，因此需要对脊波导缝隙天线阵组阵，在组阵过程中，为获取最大增益，要求天线辐射的电磁能量在天线口径面上呈等幅同相的均匀分布，这要求整个脊波导缝隙天线阵列中的所有辐射缝隙具有等间距并且呈等幅同相辐射。

对单个脊波导缝隙天线阵子阵而言，等间距并等幅同相的辐射缝隙是容易设计实现的，其中，所有辐射缝隙，包含子阵内部缝隙与子阵边缘缝隙，的间距为二分之一波导波长，子阵边缘缝隙与脊波导终端短路面的距离为四分之一波导波长；但对于组阵的相邻两个脊波导天线阵子阵而言，若所有辐射缝隙的间距为二分之一波导波长，则由于短路面脊波导波导壁厚的存在，以及相邻子阵之间在结构安装设计中必须预留的拼缝，子阵边缘缝隙距离终端短路面的距离将不足四分之一波导波长，此时，辐射缝隙并不是开设在脊波导中主模的波腹点，这将导致天线辐射效率降低，方向图产生畸变。

通常，在脊波导缝隙天线阵子阵的组阵设计中，会优先保证子阵自身的高效辐射。采用此种设计思路，相邻子阵的相邻子阵边缘缝隙的间距会大于二分之一波导波长，对整个天线阵面而言，这意味着天线口径面上的电磁能量局部分布不均匀，会导致出现栅瓣，使远区副瓣抬高，增益下降。当工作频率较低时，波导波长较长，因脊波导壁厚及子阵间拼缝引入的辐射缝隙间距差别可以忽略不计，但当工作频率较高时，特别是当今电子信息系统正向毫米波频段发展，其波导波长较短，该辐射缝隙间距差别将引起较明显的方向图性能恶化。

如申请号为“CN201310252961.7”的发明专利公开了一种宽带低副瓣脊波导缝隙阵列天线，辐射单脊波导是由两个相同脊波导对接而成的天线阵面结合体，连接处的金属外壁将两个波导腔体隔开分成两个子阵；中心端部制有馈电缝隙的馈电矩形波导，嵌套在凹凸双脊波导的凹脊中，凹凸双脊波导凸脊上制有耦合缝隙，所述凸脊嵌于辐射单脊波导的凹脊中；馈电分两级，第一级是底部矩形波导对中间凹凸双脊波导馈电，第二级是凹凸双脊波导对顶部辐射脊波导馈电，矩形波导利用其上制有的馈电缝隙完成对凹凸双脊波导的馈电，凹凸双脊波导利用其上制有的耦合缝隙完成对辐射脊波导的馈电，但是该阵列天线并不能够克服辐射缝隙间距差别引起方向图性能恶化的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可扩展阵列的脊波导天线子阵，以解决脊波导缝隙天线阵子阵的组阵设计中，相邻子阵的相邻子阵边缘缝隙的间距会大于二分之一波导波长而导致方向图性能恶化的问题。