[发明专利]高功率微波一维波束可扫直线阵列天线

摘要

本发明公开了一种高功率微波一维波束可扫直线阵列天线，目的是提高直线阵列波束扫描范围，保持辐射效率。本发明由矩形波导和一维直线阵列组成；一维直线阵列由M个辐射单元构成，辐射单元安装在矩形波导窄边上；辐射单元由反射消除杆，螺旋线内导体和耦合腔组成；螺旋线内导体经过耦合腔插入矩形波导内，穿过矩形波导，外接步进电机。螺旋线内导体由直圆柱体，半圆环和一段螺旋线构成，相邻两个螺旋线内导体的空间方位角度差为一个常量，耦合腔一端为圆柱凸台，一端为长方体，耦合腔内部挖有四个不同形状的孔，M个耦合腔的旋转角θm不同。本发明可使波束扫描范围达到70度；辐射效率整个波束扫描范围内保持在95％以上，且工程上容易实现。

主权项

1.一种高功率微波一维波束可扫直线阵列天线，其特征在于高功率微波一维波束可扫直线阵列天线是全金属结构，由矩形波导(1)和一维直线阵列(2)组成；微波由矩形波导的注入端(11)注入，矩形波导的输出端(12)外接匹配负载；一维直线阵列由M个辐射单元构成，M为正整数，相邻辐射单元间距为d，沿x轴方向安装在矩形波导(1)窄边上；M个辐射单元按矩形波导的注入端(11)向输出端(12)的方向依次为第一辐射单元(21)，第二辐射单元(22)，第三辐射单元(23)…第m辐射单元(2m)…第M辐射单元(2M)，其中m<m<M；矩形波导(1)的矩形截面的内尺寸宽边长度为a₂，窄边长度为b₂，矩形波导的四个侧面即除注入端(11)、输出端(12)所在的面的另外四个面壁厚均为T；矩形波导的第一侧面(13)中央挖有M个圆形通孔，圆形通孔按矩形波导的注入端(11)向输出端(12)的方向依次为矩形波导第一侧面的第一圆形通孔(131)，矩形波导第一侧面的第二圆形通孔(132)，矩形波导第一侧面的第三圆形通孔(133)…矩形波导第一侧面的第m圆形通孔(13m)…矩形波导第一侧面的第M圆形通孔(13M)；矩形波导第一侧面的第一圆形通孔(131)到第M圆形通孔(13M)的半径均为R₁，矩形波导第一侧面的第一圆形通孔(131)的圆心与注入端(11)的距离为s₀，相邻的第一圆形通孔圆心间距为d；与矩形波导的第一侧面(13)相对的矩形波导第二侧面(14)中央挖有2M个圆形通孔，圆形通孔按矩形波导的注入端(11)向输出端(12)的方向依次为矩形波导第二侧面的第一圆形通孔(1411)，矩形波导第二侧面的第二圆形通孔(1421)，矩形波导第二侧面的第三圆形通孔(1412)，矩形波导第二侧面的第四圆形通孔(1422)…矩形波导第二侧面的第2m‑1圆形通孔(141m)，矩形波导第二侧面的第2m圆形通孔(142m)，…矩形波导第二侧面第2M‑1圆形通孔(141M)，矩形波导第二侧面第2M圆形通孔(142M)；矩形波导第二侧面的第1，3…2m‑1…2M‑1圆形通孔的半径均为R₂，矩形波导第二侧面的第一圆形通孔(1411)的圆心与注入端(11)的距离为s₀，矩形波导第二侧面的第2m‑1圆形通孔(141m)的圆心与注入端(11)的距离为s₀+(m‑1)d；矩形波导第二侧面的第2m圆形通孔(142m)的半径为r_m，矩形波导第二侧面的第二圆形通孔(1421)的圆心与注入端(11)的距离为s₁，矩形波导第二侧面的第2m圆形通孔(142m)的圆心与注入端(11)的距离为s_m；第一辐射单元(21)，第二辐射单元(22)，第三辐射单元(23)…第m辐射单元(2m)…第M辐射单元(2M)的结构相同；第m辐射单元(2m)由第m反射消除杆(2m1)，第m螺旋线内导体(2m2)和第m耦合腔(2m3)三部分组成；第m反射消除杆(2m1)通过矩形波导第二侧面的第2m圆形通孔(142m)完全插入矩形波导(1)内，顶端与矩形波导第一侧面(13)内壁接触；第m耦合腔(2m3)一端由矩形波导第一侧面的第m圆形通孔(13m)插入矩形波导(1)以固定在矩形波导(1)上；第m螺旋线内导体(2m2)经过第m耦合腔插入矩形波导(1)内，由矩形波导第二侧面的第2m‑1圆形通孔(141m)穿过矩形波导(1)，外接步进电机，穿出矩形波导(1)的长度为h；第m反射消除杆(2m1)的形状为圆柱体，半径等于r_m；第m反射消除杆(2m1)通过矩形波导第二侧面的第2m圆形通孔(142m)插入矩形波导(1)内，一端顶在矩形波导第一侧面(13)内壁，另一端嵌在矩形波导第二侧面的第2m圆形通孔(142m)内；第一螺旋线内导体(212)，第二螺旋线内导体(222)，…，第m螺旋线内导体(2m2)，…，第M螺旋线内导体(2M2)的结构完全相同；第m螺旋线内导体(2m2)由一段直圆柱体(2m21)，一段与直圆柱体(2m21)垂直的半圆环(2m22)和一段螺旋线(2m23)构成，直圆柱体(2m21)是一根金属棒，直圆柱体(2m21)的长度为L₁，直圆柱体(2m21)的一端从矩形波导第二侧面的第2m‑1圆形通孔(141m)穿过矩形波导(1)，外接步进电机；半圆环(2m22)和螺旋线(2m23)的总高度为L₂；半圆环(2m22)的圆环直径为L₃/2，螺旋线(2m23)为等螺旋半径等螺距的一段螺旋线，L₃为螺旋线(2m23)的螺旋外直径；半圆环(2m22)的初始段切线与x轴的夹角为α_m，α_m代表第m螺旋线内导体(2m2)的空间方位；相邻两个螺旋线内导体的空间方位角度差为一个常量P，即α_m‑α_m‑1＝P；第m耦合腔(2m3)的外形一端为圆柱凸台(2m31)，另一端为长方体(2m32)，圆柱凸台的外半径为R₁，凸台的高度为H₁；沿NN'方向截断，第m耦合腔(2m3)的内部挖有四个不同形状的孔，从圆柱凸台(2m31)向长方体(2m32)的方向依次为第一孔(2m33)，第二孔(2m34)，第三孔(2m35)，第四孔(2m36)，四个孔连通在一起构成微波传输的通道；沿AA'方向截断，得到第一孔(2m33)的截面，第一孔(2m33)由内孔(2m331)和外孔(2m332)构成，内孔(2m331)和外孔(2m332)的高度均为H₁，内孔(2m331)截面形状为半径为R₂的圆形，第m螺旋线内导体(2m2)即通过该孔插入波导内，外孔(2m332)近似半环形，内半径为R₃，外半径为R₄，外孔(2m332)的圆心角为外孔(2m332)的对称轴CC'与x轴的夹角定义为耦合腔的旋转角，用θ_m表示，0<θ_m<90°；第二孔(2m34)的高度为H₂‑H₁，第二孔(2m34)的轮廓由两段弧线构成，尺寸较大的圆弧线的半径为R₄，对应的圆心角为尺寸较小弧线的半径为R₅，对应的圆心角为第二孔(2m34)的对称轴DD'与x轴的夹角大小与耦合腔的旋转角θ_m相同，第一耦合腔(213)到第M耦合腔(2M3)结构的尺寸除了耦合腔的旋转角θ_m不同外，其它结构尺寸均相同；第三孔(2m35)的高度H₃‑H₂，截面形状为圆形，圆形半径为R₅；第四孔(2m36)的高度H₄‑H₃，截面形状为圆形，圆形半径为R₆。