一种波导共面的慢波线的制作方法

1.本发明涉及频扫天线技术领域，尤其涉及一种波导共面的慢波线。


背景技术：

2.频率扫描天线简称频扫天线，其波束指向是随发射机的频率变化而改变的，所以波束指向是频率的函数。对于频扫雷达来说，对应每个频率天线都在空间形成一个波束，根据收到回波信号的频率就能指导目标的方向。
3.频扫天线的实现方法分为波导、微带两种。微带因传输损耗较大难以实现天线的高效率辐射。而波导则因其封闭的传输特性，在良好匹配条件下，往往能获得较高的辐射效率。频扫天线包括一般辐射阵面、慢波线两部分。
4.慢波线是频扫天线的馈电系统，为天线线阵提供合适的幅度、相位要求的电磁波，并且当频率发生变化时，使线源的等相位面发生偏移，从而改交波束指向，实现波束空间扫描。慢波线基本结构形式多种多样。主要包括：1)蛇行线，可以用同轴线或矩形波导来制作，同轴蛇行线主要应用于频率较低的情况，频率高时采用矩形波导慢波线；2)螺旋线，常由矩形波导构成；3)矩形波导中填充高介电常数的介质；4)皱襞波导等。
5.应用于雷达系统中的频扫慢波线必须能承受高的功率，具有低的损耗，目前应用最多是蛇行矩形波导慢波线。慢波线一般独立设计，占据较大空间尺寸，并与辐射阵面成t型或l型配置，或者采用90
°
弯波导连接，将慢波线与辐射阵面平行、共面配置，这样虽能实现低剖面，但整个口面也要加大，占用空间较大。


技术实现要素：

6.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种波导共面的慢波线，用以解决现有频扫天线的慢波线和辐射单元独立设计占用空间大的问题。
7.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
8.一种波导共面的慢波线，所述慢波线与矩形波导成一体结构；所述慢波线具有多个“ω”形弯折。
9.进一步地，所述慢波线上每间隔一个“ω”形弯折设置一个辐射单元。
10.进一步地，慢波线的横截面的长度为6.5mm。
11.进一步地，慢波线的横截面的宽度为1mm。
12.进一步地，“ω”形弯折为对称结构
13.进一步地，“ω”形弯折包括：一个第一直线部、两个第二直线部、四个弧形部和两个u形部。
14.进一步地，两个所述第二直线部对称设置。
15.进一步地，两个所述u形部对称设置。
16.进一步地，所述第一直线部的两端通过所述弧形部连接两个所述第二直线部。
17.进一步地，所述第二直线部与所述u形部之间通过所述弧形部连接。
18.本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：
19.1.本发明属于频扫天线技术领域，具体涉及一种波导共面的慢波线，本发明的慢波线与波导共面设置，即慢波线与波导为一体结构。普通频扫天线阵面与慢波线相互独立，且呈t型或、l型配置，剖面较高。本发明中慢波线与线阵共面排布，实现了频扫天线的小型化、低剖面。
20.2.本发明将辐射阵面与慢波线的一体化设计、加工，机械加工、焊接工时及材料费用均降低约一半。且天线阵列可采用频扫、相扫组合的方式实现了一维频扫一维相扫的功能，使tr组件的数量减少一半，且有益于实现阵列的低成本设计。
21.3.本发明通过设置慢波线的“ω”形弯折，将慢波线加工为ω形弯折的曲线形状，在辐射单元的间距不变的前提下，最大限度的延长了慢波线的长度，提高了频扫天线的集成度，更有利于实现频扫天线阵的小型化。
22.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
23.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
24.图1为本发明实施例1的慢波线共面频扫线阵的结构图；
25.图2为本发明实施例1的慢波线共面频扫线阵的俯视图；
26.图3为本发明的实施例1的慢波线共面频扫面阵的共面频扫单元的结构示意图；
27.图4为图3中的辐射单元的局部放大图；
28.图5为慢波线的结构示意图；
29.图6为本发明的慢波线共面频扫线阵频扫方向图；
30.图7为本发明实施例提供的慢波线共面频扫线阵相扫方向图。
31.附图标记：
32.1-共面频扫单元；11-辐射单元；2-辐射缝隙；3-调谐台；4-慢波线；5-辐射腔；
33.41-第一直线部；42-第二直线部；43-弧形部；44-u形部。
具体实施方式
34.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
35.实施例1
36.本发明的一个具体实施例，公开了一种波导共面的慢波线，其特征在于，所述慢波线4与矩形波导成一体结构；所述慢波线4具有多个“ω”形弯折，如图3所示。
37.本发明的一种具体实施方式中，所述慢波线4上每间隔一个“ω”形弯折设置一个辐射单元11，如图3所示。
38.本发明的一种具体实施方式中，慢波线4的横截面的长度为6.5mm，如图1所示。
39.本发明的一种具体实施方式中，慢波线4的横截面的宽度为1mm，如图1所示。
40.本发明的一种具体实施方式中，“ω”形弯折为对称结构，如图4所示。
41.本发明的一种具体实施方式中，“ω”形弯折包括：一个第一直线部41、两个第二直线部42、四个弧形部43和两个u形部44，如图5所示。
42.本发明的一种具体实施方式中，两个所述第二直线部42对称设置，如图5所示。
43.本发明的一种具体实施方式中，如图5所示，两个所述u形部44对称设置，如图5所示。
44.本发明的一种具体实施方式中，如图5所示，所述第一直线部41的两端通过所述弧形部43连接两个所述第二直线部42。
45.本发明的一种具体实施方式中，所述第二直线部42与所述u形部44之间通过所述弧形部43连接，如图5所示。
46.值得注意的是：上述第一直线部41、两个第二直线部42、四个弧形部43和两个u形部44均为方便描述慢波线4的形状结构所做出的的划分，并非独立的部分。
47.也就是说，上述第一直线部41、两个第二直线部42、四个弧形部43和两个u形部44为一体结构，构成本发明的波导共面的慢波线的一个“ω”形弯折，多个“ω”形弯折构成本发明的波导共面的慢波线。
48.本发明的一个具体实施方式中，慢波线4包括9个“ω”形弯折，“ω”形弯折的两端设置辐射单元11。
49.实施例2
50.本发明的一个具体实施例，提供一种基于实施例1的波导共面的慢波线的慢波线共面频扫天线阵。
51.所述慢波线共面频扫天线阵包括：多个共面频扫单元1，多个共面频扫单元1线性排列，所述共面频扫单元1包括：多个连续的辐射单元11。所述辐射单元包括：矩形波导、辐射缝隙2、调谐台3、慢波线4和辐射腔5。
52.具体地，所述矩形波导上设置多个等间距分布的辐射缝隙2。辐射缝隙2的两端均设置辐射腔5，所述辐射缝隙2的两侧设置调谐台3；所述慢波线4与所述矩形波导共面，且相邻辐射缝隙2之间的慢波线4为ω形。
53.本发明的慢波线共面频扫天线阵通过在矩形波导的窄边开设的辐射缝隙2进行电磁能量辐射，在所述辐射缝隙2部分布置所述慢波线4，并在所述辐射缝隙2两端开设辐射腔5，满足波导窄边缝隙的辐射条件，实现电磁波的正常辐射，从而实现了频扫天线的辐射阵面与慢波线的共面设计。
54.进一步地，本发明的慢波线共面频扫天线阵由多个共面频扫单元1组成，且多个共面频扫单元1之间等间距排列。
55.进一步地，本发明中，采用金属材质的矩形波导作为辐射单元11的主体结构，如图1所示。
56.所述辐射缝隙2为开设在矩形波导上的矩形缝隙；所述矩形波导上开设多个尺寸相同的辐射缝隙2，且多个辐射缝隙2在矩形波导上等间距分布。
57.进一步地，所述辐射缝隙2的长度、宽度与频扫天线阵的工作波长之间的对应关系为：工作波长越长，辐射缝隙2长度和宽度越大且辐射缝隙2切入波导越深。
58.进一步地，本发明中，慢波线4与辐射主体为一体结构；所述慢波线4为具有连续的ω形弯折的曲线结构，如图2所示。
59.进一步地，相邻的辐射缝隙2之间的慢波线4具有一个“ω”形弯折，如图3所示。
60.本发明的一种具体实施方式中，所述慢波线4与所述矩形波导为同一部件；慢波线4设置在所述辐射主体的上方，且凸出于辐射主体的上表面，如图3所示。
61.本发明的一种具体实施方式中，所述调谐台3为长方体金属实体。
62.进一步地，调谐台3深入矩形波导的深度长于所述辐射缝隙2切入矩形波导的深度。
63.进一步地，所述调谐台3的长度、宽度与频扫天线阵的工作波长之间的对应关系为：工作波长越长，调谐台3的长度和宽度越大、深入波导越深。
64.进一步地，将矩形波导窄边压窄，通过仿真计算对所述调谐台3尺寸进行调整，以满足电磁波能量幅度加权需求。
65.本发明的一种具体实施方式中，所述辐射缝隙2两端设置辐射腔5；所述辐射腔5为环形金属壳体，用于实现电磁波的辐射。
66.进一步地，慢波线4的“ω”形弯折的具体结构包括：一个第一直线部41、两个第二直线部42、四个弧形部43和两个u形部44，如图6所示。
67.具体地，“ω”形弯折为对称结构，两个第二直线部42对称设置，两个u形部44也对称设置。
68.具体地，ω”形弯折的第一直线部41的两端分别通过弧形部43与第二直线部42连接，第二直线部42与u形部44之间通过弧形部43连接，如图5所示。
69.实施时：
70.如图1-图3所示，本发明的慢波线共面频扫天线阵由辐射缝隙2、慢波线4和辐射腔5组成，将矩形波导窄边压窄，通过仿真计算改变所述调谐台3尺寸，调整辐射缝隙2的导纳值，实现天线向设定方向空域的最佳辐射效率。
71.电磁波由慢波线共面频扫线阵的端口馈入，所述调谐台3与所述辐射缝隙2交替配置配合所述慢波线4进行电磁辐射，通过设置慢波线4的形状和ω”形弯折的长度使电磁波在所述辐射缝隙2处满足设计所需的相位差，从而向设定方向的空间辐射电磁波。
72.本发明的慢波线共面频扫线阵，通过改变入射电磁波工作频率可实现频扫维方向图波束指向的调整。
73.实施例3
74.本发明的慢波线共面频扫线阵的一种具体实施方式中，如图1所示，慢波线共面频扫天线阵由8组共面频扫单元1线性排列组成；相邻的所述共面频扫单元1之间的间距为6mm，多个共面频扫单元1之间等间距排列。
75.本发明的一种具体实施方式中，矩形波导为长6.5mm、宽1mm的金属件。
76.进一步地，慢波线4与矩形波导共面，且为一体结构。
77.本发明的一种具体实施方式中，本发明的一种具体实施方式中，所述辐射缝隙2为长方体垂直缝，辐射缝隙2穿过慢波线4切入矩形波导，如图1所示。
78.所述辐射缝隙2的长度为1.7mm、所述辐射缝隙2的宽度为0.6mm、所述辐射缝隙2切入矩形波导的深度为2.2mm。
79.本发明的一种具体实施方式中，所述调谐台3为长0.4mm、宽0.4mm的矩形金属实体。调谐台3深入矩形波导深度长于所述辐射缝隙2切入矩形波导的深度0.5mm；或者说，所述调谐台3与所述辐射缝隙2的高度差为0.5mm。
80.本发明的一种具体实施方式中，慢波线4的横截面的长度为6.5mm，慢波线4的横截面的宽度为1mm。
81.本发明的一种具体实施方式中，所述辐射腔5为长2.47mm、宽0.57mm，深7.125mm的金属壳体。
82.在ka频段，本实施例提供的慢波线共面频扫线阵在4ghz带宽内可实现-21
°‑
12
°
频扫，如图6所示。
83.在ka频段，本实施例提供的慢波线共面频扫线阵中心频点在相扫维可实现
±
15
°
无栅瓣扫描，如图7所示。
84.在ka波段的其余波段，所述辐射缝隙2、调谐台3、辐射腔5的尺寸按照天线阵所在波段与ka波段的波长比进行相应调整。
85.与现有技术相比，本发明提供的波导共面的慢波线和慢波线共面频扫天线阵至少具有如下有益效果之一：
86.1、低剖面。
87.普通频扫天线阵面与慢波线相互独立，且呈t型或、l型配置，剖面较高。本发明的慢波线共面频扫天线阵通过将慢波线4与天线阵的矩形波导共面排布，实现了频扫天线的小型化、低剖面，减小了天线的占用面积。
88.2、低成本。
89.本发明将辐射单元的矩形波导与慢波线4的一体化加工，将慢波线4和矩形波导集成在一个金属件上，通过机械加工一体成型，减少了焊接工时，同时降低了材料费用。并且，天线阵列可采用频扫、相扫组合的方式实现了一维频扫一维相扫的功能，使tr组件的数量减少一半，且有益于实现阵列的低成本设计。
90.3、小型化
91.本发明的慢波线共面频扫天线阵将慢波线4加工为ω形弯折的曲线形状，在辐射单元11的间距不变的前提下，最大限度的延长了慢波线4的长度。
92.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种波导共面的慢波线，其特征在于，所述慢波线(4)与矩形波导成一体结构；所述慢波线(4)具有多个“ω”形弯折。2.根据权利要求1所述的波导共面的慢波线，其特征在于，所述慢波线(4)上每间隔一个“ω”形弯折设置一个辐射单元(11)。3.根据权利要求2所述的波导共面的慢波线，其特征在于，慢波线(4)的横截面的长度为6.5mm。4.根据权利要求3所述的波导共面的慢波线，其特征在于，慢波线(4)的横截面的宽度为1mm。5.根据权利要求1-4任一项所述的波导共面的慢波线，其特征在于，“ω”形弯折为对称结构。6.根据权利要求5所述的波导共面的慢波线，其特征在于，“ω”形弯折包括：一个第一直线部(41)、两个第二直线部(42)、四个弧形部(43)和两个u形部(44)。7.根据权利要求6所述的波导共面的慢波线，其特征在于，两个所述第二直线部(42)对称设置。8.根据权利要求7所述的波导共面的慢波线，其特征在于，两个所述u形部(44)对称设置。9.根据权利要求6所述的波导共面的慢波线，其特征在于，所述第一直线部(41)的两端通过所述弧形部(43)连接两个所述第二直线部(42)。10.根据权利要求9所述的波导共面的慢波线，其特征在于，所述第二直线部(42)与所述u形部(44)之间通过所述弧形部(43)连接。

技术总结
本发明涉及一种波导共面的慢波线，属于频扫天线技术领域，解决了现有技术中频扫天线的慢波线和辐射单元独立设计占用空间大的问题。本发明的波导共面的慢波线与矩形波导成一体结构；所述慢波线具有多个“Ω”形弯折。所述慢波线上每间隔一个“Ω”形弯折设置一个辐射单元。本发明实现了在辐射单元间距固定的前提下慢波线的长度最长，并且设置慢波线和波导共面实现了低剖面设计。实现了低剖面设计。实现了低剖面设计。


技术研发人员：吴伟 杨龙
受保护的技术使用者：北京华航无线电测量研究所
技术研发日：2022.01.29
技术公布日：2023/8/9