一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线

技术领域

本公开实施例涉及无线电技术领域，尤其涉及一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线。

背景技术

随着无线电子技术的发展和形式越来越多样，对机场重点区域的小型目标，比如鸟类等飞行物体，需要进行更精确地搜索，因此希望研制一款低剖面、高增益的雷达天线。

相关技术中，波导缝隙天线的理论设计与加工工艺成熟，具有低副瓣、E面波束宽度窄，H面波束宽度宽的特点。然而根据设计需求，需要压窄H面的波束宽度，提高天线增益，设计思路有很多种，例如文献《一种介质覆层结构低剖面波导窄边缝隙行波阵》中介绍了一种在波导缝隙前加载一层金属栅格与三层介质板的波导窄边缝隙天线。虽然其通过加载平行介质板，提高了波束的聚束能力，压窄了H面的波束宽度，但是电磁波经过多次反射后，方向图恶化，副瓣电平升起，同时增加了天线在辐射方向的尺寸。文献《Design and Analysisof 8mm Radiometer Used for Passive Millimetre-Wave Image System》设计了一种介质棒与金属波导结合的介质天线。其虽然有低副瓣，高增益、带宽宽的优点，但是仅适用于波导喇叭天线，无法与波导缝隙天线阵联合使用。而《介质平板透镜提高天线增益的原理研究》一文中，在双层微带天线上层采用加载介质平板的形式提高天线整体的增益。

因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开实施例提供的一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线，包括：

波导，设置有若干缝隙，形成波导缝隙阵；

介质组件，所述介质组件设置在波导的一侧，且所述介质组件设置在所述缝隙的前方，用于对从所述波导的缝隙中发射的电磁波进行聚束。

本公开的一实施例中，所述介质组件分别包括：第一介质部件或第二介质部件。

本公开的一实施例中，当所述介质组件包括第一介质部件时，所述第一介质部件包括：两个相互平行设置的第一介质板，且两个所述第一介质板之间按照第一预设间距穿设有若干介质棒，每个所述介质棒分别与所述第一介质板垂直；其中，靠近所述波导的第一介质板设置在所述波导的一侧，靠近所述波导的所述介质板位于对应的所述缝隙的前方。

本公开的一实施例中，所述介质棒的数量与所述缝隙的数量相等。

本公开的一实施例中，每个所述第一介质板的长度分别为3943mm，每个所述第一介质板的宽度分别为11.9mm，两个所述第一介质板之间的距离分别为160mm，每个所述介质棒的长度分别为237mm，每个所述介质棒的高度分别为60mm，每个所述介质棒的宽度分别为19.5mm，所述第一预设间距为62mm。

本公开的一实施例中，当所述介质组件包括第二介质部件时，所述第二介质部件包括若干呈阶梯状的第二介质板，若干所述第二介质板之间相互平行设置在所述波导的一侧；其中，每个所述第二介质板分别与靠近所述第二介质部件的所述波导的侧面垂直。

本公开的一实施例中，每个所述第二介质板依次连接的包括第一部分子板、第二部分子板和第三部分子板；其中，所述第一部分子板、所述第二部分子板及第三部分子板的长度依次增大，所述第一部分子板、所述第二部分子板及第三部分子板的宽度依次增大。

本公开的一实施例中，每个所述第二介质板上按照第二预设间距分别垂直穿设有两根金属圆棒。

本公开的一实施例中，每个所述第二介质板位于对应的缝隙的前方，所述第二介质板的数量与所述缝隙的数量相等。

本公开的一实施例中，每个所述第一部分子板的宽度分别为20mm，每个所述第二部分子板的宽度分别为35mm，每个所述第三部分子板的宽度分别为60mm，每个所述第一部分子板的长度分别为20mm，每个所述第二部分子板的长度分别为28mm，每个所述第三部分子板的长度分别为209mm，每个所述第一部分子板、所述第二部分子板及所述第三部分子板的高度分别分别为19.5mm，每个所述金属圆棒的半径分别为3mm，每个所述金属圆棒的高度分别为95mm，所述第二预设间距为159mm。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开的实施例中，通过上述低剖面、高增益波导缝隙阵天线，采用在波导缝隙前方加载介质组件，对从波导的缝隙中发射的电磁波进行聚束，不仅减小了天线H面的尺寸，实现了低剖面、高增益和低副瓣的波导缝隙阵天线，并且压窄了H面的波束宽度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本公开示例性实施例中一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线的结构示意图；

图2示出本公开示例性实施例中一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线的第一介质板与介质棒的左视图；

图3示出本公开示例性实施例中一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线的第一介质板与介质棒的俯视图；

图4示出本公开示例性实施例中另一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线的结构流示意图；

图5示出本公开示例性实施例中另一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线的第二介质板与金属圆棒的示意图；

图6示出本公开示例性实施例中一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线的H面方向图；

图7示出本公开示例性实施例中一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线的E面方向图；

图8示出本公开示例性实施例中另一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线的H面方向图；

图9示出本公开示例性实施例中另一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线的E面方向图。

图中：100、波导缝隙阵；200、第一介质部件；201、第一介质板；202、介质棒；300、第二介质部件；301、第二介质板；3011、第一部分子板；3012、第二部分子板；3013、第三部分子板；302、金属圆棒。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本示例实施方式中提供了一种低剖面、高增益波导缝隙阵天线。参考图1和图4中所示，该低剖面、高增益波导缝隙阵天线可以包括：波导和介质组件。

波导，设置有若干缝隙，形成波导缝隙阵100。

介质组件，所述介质组件设置在波导的一侧，且所述介质组件设置在所述缝隙的前方，用于对从所述波导的缝隙中发射的电磁波进行聚束。

可以理解的是，为了实现信号传输，波导要求具有与信号波长相对应的最小截面，该截面形状可以为为矩形、圆形或椭圆形，具体可以参考现有技术进行理解。其中，波导上设置若干缝隙，形成了波导缝隙阵100。

波导上设置若干缝隙，缝隙之间的距离可根据实际情况进行设定，本公开对此不做限制。波导在工作时，电磁波传输到波导中，然后从波导的缝隙中发射出去。本公开在波导缝隙的前方加载介质组件，当电磁波传输到波导中后，电磁波会从波导中的缝隙中发射出去，然后通过介质组件对从波导的缝隙中发射的电磁波进行聚束，从而减小波导的H面波束宽度。介质组件的设置，不仅减小了天线H面的尺寸，实现了低剖面、高增益和低副瓣的波导缝隙阵天线，并且压窄了H面的波束宽度。

通过上述低剖面、高增益波导缝隙阵天线，采用在波导缝隙前方加载介质组件，对从波导的缝隙中发射的电磁波进行聚束，不仅减小了天线H面的尺寸，实现了低剖面、高增益和低副瓣的波导缝隙阵天线，并且压窄了H面的波束宽度。

下面，将参考图1至图9对本示例实施方式中的上述低剖面、高增益波导缝隙阵天线的各个部分进行更详细的说明。

在一个实施例中，所述介质组件分别包括：第一介质部件200或第二介质部件300。

可以理解的是，介质组件可以为第一介质部件200或第二介质部件300，对此，本公开不做限制。不论是第一介质部件200还是第二介质部件300，均可实现对从波导的缝隙中发射的电磁波进行聚束。

在一个实施例中，当所述介质组件包括第一介质部件200时，所述第一介质部件200包括：两个相互平行设置的第一介质板201，且两个所述一介质板之间按照第一预设间距穿设有若干介质棒202，每个所述介质棒202分别与所述第一介质板201垂直；其中，靠近所述波导的第一介质板201设置在所述波导的一侧，靠近所述波导的所述介质板位于对应的所述缝隙的前方。

可以理解的是，如图1、图2和图3所示，当介质组件为第一介质部件200时，第一介质部件200包括两个相互平行的第一介质板201，两个第一介质板201之间穿设有若干介质棒202，每个介质棒202均与第一介质板201垂直连接，且若干介质棒202之间具有第一预设间距。当介质组件为第一介质部件200时，靠近波导的第一介质板201设置在波导的一侧，且当介质棒202垂直穿设在两个第一介质板201之间时，介质棒202还位于其对应的缝隙的前方。其中，介质棒202的数量与缝隙的数量相等。

当介质组件为第一介质部件200时，两个相互平行的第一介质板201利用法布里-帕罗原理，将传输到第一介质板201的波导缝隙阵100发射的球面电磁波转换成平面波，再通过介质棒202对电磁波进行聚集，进一步减小H面波束宽度。因此与传统波导缝隙天线相比，基于第一介质板201加载的缝隙阵天线拥有更高的增益、更窄的H面波束宽度，低剖面和低副瓣等电气特性。介质棒202与第一介质板201的材质相同，可以为聚碳酸酯或者聚苯乙烯，不仅降低了成本，而且易于安装，对后期推广提供了有力的统一条件。

在一个实施例中，每个所述第一介质板201的长度分别为3943mm，每个所述第一介质板201的宽度分别为11.9mm，两个所述第一介质板201之间的距离分别为160mm，每个所述介质棒202的长度分别为237mm，每个所述介质棒202的高度分别为60mm，每个所述介质棒202的宽度分别为19.5mm，所述第一预设间距为62mm。

可以理解的是，根据天线技术指标要求，设计出传统的波导缝隙。但是H面波束宽度要求较窄，因此针对H面波束宽度和增益的设计要求，对传统波导缝隙天线进行变形。当介质组件包括第一介质部件200时，设计了第一种介质板部件加载天线，即基于介质棒202加载的波缝隙阵天线。进一步的，给出了第一介质板201和介质棒202的相关参数。如每个第一介质板201的长度分别为3943mm，每个第一介质板201的宽度分别为11.9mm，两个第一介质板201之间的距离分别为160mm，每个介质棒202的长度分别为237mm，每个介质棒202的高度分别为60mm，每个介质棒202的宽度分别为19.5mm，第一预设间距为62mm。

基于当介质组件为第一介质部件200时的，波导缝隙阵天线的参数设计。将第一介质板201、介质棒202以及波导缝隙阵天线进行联合电磁仿真优化，最终得到如图6基于介质棒202加载的波导缝隙阵天线的H面方向图和如图7基于介质棒202加载的波导缝隙阵天线的E面方向图。H面的波束宽度明显变窄，在中心频率时3dB波束宽度为24.2°，副瓣在-16dB左右；E面的波束宽度相较于波导缝隙阵天线变化较小为1.8°，副瓣在-30dB左右，满足所提出的指标要求。

在一个实施例中，当所述介质组件包括第二介质部件300时，所述第二介质部件300包括若干呈阶梯状的第二介质板301，若干所述第二介质板301之间相互平行设置在所述波导的一侧；其中，每个所述第二介质板301分别与靠近所述第二介质部件300的所述波导的侧面垂直。

可以理解的是，如图4所示，当介质组件包括第二介质部件300时，第二介质部件300包括若干呈阶梯状的第二介质板301，若干第二介质板301之间相互平行，然后设于波导的一侧，且每个第二介质板301位于对应的缝隙的前方，第二介质板301的数量与缝隙的数量相等。其中，第二介质板301分别平行靠近第二介质部件300的波导的侧面。每个第二介质板301上按照第二预设间距分别垂直穿设有两根金属圆棒302。

在一个实施例中，每个所述第二介质板301依次连接的包括第一部分子板3011、第二部分子板3012和第三部分子板3013；其中，所述第一部分子板3011、所述第二部分子板3012及第三部分子板3013的长度依次增大，所述第一部分子板3011、所述第二部分子板3012及第三部分子板3013的宽度依次增大。

可以理解的是，如图5所示，每个第二介质板301为呈阶梯状的板，具体为：每个第二介质板301包括依次连接的第一部分子板3011、第二部分子板3012及第三部分子板3013，第一部分子板3011、第二部分子板3012及第三部分子板3013的尺寸逐渐增大，以实现第二介质板301的阶梯状。

当介质组件为第二介质部件300时，即为第二种介质加载天线。第二种介质加载天线由第一种天线变形而来，由波导、缝隙、呈阶梯状的第二介质板301及金属圆棒302组成。与第一种介质加载天线对比，阶梯状的第二介质板301，通过连续的阻抗变换特性，进一步降低了天线系统的驻波。并且对波导缝隙阵100发射的电磁波起到引向聚束的能力，减小H面的波束宽度。可以选用聚苯乙烯材料，也可以选取玻璃、陶瓷等，都可以减小天线的尺寸。金属栅格不仅起到降低天线交叉极化的能力，进一步提升天线的抗干扰能力，降低天线副瓣电平，对结构特性起到强化作用。

在一个实施例中，每个所述第一部分子板3011的宽度分别为20mm，每个所述第二部分子板3012的宽度分别为35mm，每个所述第三部分子板3013的宽度分别为60mm，每个所述第一部分子板3011的长度分别为20mm，每个所述第二部分子板3012的长度分别为28mm，每个所述第三部分子板3013的长度分别为209mm，每个所述第一部分子板3011、所述第二部分子板3012及所述第三部分子板3013的高度分别为19.5mm，每个所述金属圆棒302的半径分别为3mm，每个所述金属圆棒302的高度分别为95mm，所述第二预设间距为159mm。

可以理解的是，当介质组件为第二介质部件300时，设计了第二种介质板部件加载天线，进一步的，给出了第二介质板301和金属圆棒302的相关参数。如：每个第一部分子板3011的宽度分别为20mm，每个第二部分子板3012的宽度分别为35mm，每个第三部分子板3013的宽度分别为60mm；每个第一部分子板3011的长度分别为20mm，每个第二部分子板3012的长度分别为28mm，每个第三部分子板3013的的长度分别为209mm；每个第一部分子板3011、所述第二部分子板3012及所述第三部分子板3013的高度分别为19.5mm。每个金属圆棒302的半径分别为3mm，每个金属圆棒302的高度分别为95mm，第二预设间距为159mm。

基于当介质组件为第二介质部件300时，波导缝隙阵天线的参数设计。将传统波导缝隙阵100、阶梯状的第二介质板301以及金属圆棒302进行联合电磁仿真优化，最终得到如图8基于第二介质板301与金属圆棒302加载的波导缝隙阵天线的H面方向图和图9基于第二介质板301与金属圆棒302加载的波导缝隙阵天线的E面方向图。

需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。