[实用新型]一种高增益低副瓣半高波导宽边裂缝天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半高波导宽边裂缝天线，该天线由若干波导裂缝组成，具有高增益、低副瓣的辐射特性和体积小重量轻的结构特性，因此广泛应用于对海船舶交通管理等探测系统中。

背景技术

波导裂缝天线阵结构紧凑、体积小、重量轻，被广泛应用于雷达及通讯领域，其中波导宽边缝隙行波阵列天线因其易于实现低副瓣乃至超低副瓣性能而受到越来越多的工程应用的重视。

波导裂缝天线的基本原理是利用在波导宽壁或窄壁上开有的裂缝来切断波导壁上的电流而产生辐射。波导裂缝的辐射强度和相位可以通过改变裂缝偏置或倾角来控制。由多根开有裂缝的波导构成平板裂缝天线即可实现需要的二维口径分布。

1948年Stevenson发表了《Theroy of Slots in Retangular Waveguide》，建立了矩形波导内的Green函数，并用这些函数分析了TE₁₀模入射时，单个纵向缝隙的散射。他假定波导是空气填充的，缝长为λ₀/2(谐振长度)，缝内的电场为完全横向且呈等相位半余弦幅度分布，波导壁厚为无穷薄，缝所在的宽边嵌装在无穷大接地平面上。在这些条件下，Stevenson证明了单缝TE₁₀模的散射时对称的，因而单个缝可以表示为一个等效传输线的并联单元。采用功率守恒法，Stevenson导出一个以单个纵向缝的偏置x为变量的归一化谐振电导的计算公式：

式中a、b是波导截面尺寸，是TE₁₀模的传输常数，且。但Stevenson的结果并未能推广到非谐振缝隙的情形。

1951年，Stegen发表了《Longitudinal Shunt Slot Characteristics》，对开在标准X波段波导宽边上的纵向缝做了一系列的实验。通过实验Stegen发现缝隙导纳对谐振电导归一化的值可以用一个通式来表示，即：

式中是缝的导纳，它被看做是特征电导的等效无耗传输线上的一个关联单元，x和2l分别是缝的偏置值和长度。另外，Stegen发现，缝隙的谐振长度与缝隙偏置值有关，并做了相关的实验，将结果拟合起来，发现理论结果与实验值严格的吻合。

1985年，R. S. Elliott发表了《Resonant Length of Longitudinal Slots and Validity of Circuit Representation: Theory and Experiment》，提出了三个经典方程：

这三个方程作为波导裂缝天线求解的经典理论，指导了波导裂缝天线的设计和计算，其求解方法有迭代法、等效电路法等各种方法。但由于其方法较为复杂，处理互耦问题精度有待提高，设计时需制作实验件，其设计周期较长，成本较高。

发明内容

本实用新型的目的在于：采用特有结构组成，使得波宽变窄和增益提高，且重量和体积都有减小。新型的设计方法可使互耦处理的精度得到提高，降低了副瓣，不需再制作实验件，缩短了设计周期，减小了设计成本。

实现上述目的的具体技术方案如下。

1、一种高增益的波导裂缝线源天线，由波导裂缝、屏蔽板两部分组成。波导裂缝的形式选择宽边偏置缝，以应对垂直极化的需求。波导使用半高波导，减小体积重量。馈电形式采用行波阵，可提高辐射效率，减小驻波。

2、天线的裂缝单元采用圆头开槽缝隙，需要根据口径分布的要求来计算其电参数和物理参数，其具体方法为：

对于波导裂缝行波阵来说，由于每个缝隙间距不等于半导内波长，因此每个缝隙间会有一个固定的相位差，导致波束方向在H面内偏移。对于缝隙间距d，不能过小导致缝隙重叠，也不能过大导致栅瓣产生，因此缝间距d有一个范围，即。主瓣方向为 。

在阵元数目较多的情况下，每个缝隙的辐射功率仅是总功率的一小部分，因此每个缝隙可看做波导中的一个小的不连续，它对入射波产生较小的反射。此外由于缝隙间距不等于半导内波长，各缝隙产生的发射也不能同相叠加，因此在阵列的输入端驻波较小。

设阵列输入功率为1，令r为匹配负载的吸收功率，则第N个缝隙处的入射功率为，在等效电路特性阻抗归一化的条件下，可以递推得到每一个裂缝电导的表达式：

对于阵列的幅度分布和单元的辐射功率，有如下的关系：

两边求和可得到：