申请/专利权人：中国人民解放军国防科技大学

申请日：2024-03-18

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN118249092A

主分类号：H01Q5/28

分类号：H01Q5/28;H01Q5/50;H01Q1/50;H01Q21/24;H01Q13/10

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.06.25#公开

摘要：本发明公开了一种三频段高功率微波矩形波导裂隙天线，目的是解决CXKu三频段微波辐射的问题。本发明由N个电磁带隙、开槽脊波导和凹形波导组成。N个电磁带隙按从CX双频段微波输入到输出的顺序周期分布在开槽脊波导内部两侧；开槽脊波导开口一端与微波源相连作为CX双频段高功率微波波导缝隙阵列天线的输入端口；凹形波导开口的一端与微波源相连作为Ku频段高功率微波波导缝隙阵列天线的输入端口，Ku频段高功率微波波导缝隙阵列天线的输入端口为CX双频段高功率微波波导缝隙阵列天线的输出端口。本发明采用单根波导实现了CXKu三频微波辐射，解决了高功率微波天线在CXKu频段应用困难且功率容量有限等问题。

主权项：1.一种三频段高功率微波矩形波导裂隙天线，其特征在于三频段高功率微波波导裂隙天线由N个电磁带隙1、1个开槽脊波导2和1个凹形波导3组成；定义开槽脊波导2靠近微波源的一端为CX双频段微波输入端，远离微波源的一端为CX双频段微波输出端；定义凹形波导3靠近微波源的一端为Ku频段微波输入端，远离微波源的一端为Ku频段微波输出端；N个电磁带隙1按从CX双频段微波输入到输出的顺序周期分布在开槽脊波导2的内部两侧；开槽脊波导2开口的一端与微波源相连作为CX双频段微波的输入端口，另一端为封闭结构；N个电磁带隙1通过螺钉与开槽脊波导2连接固定，N为正整数；凹形波导3开口的一端与微波源相连作为Ku频段微波的输入端口，另一端为封闭结构；开槽脊波导2由开槽波导21，金属脊22，M根反射杆23，开槽脊波导壁24构成，均为金属材料制成；M为正整数；凹形波导3由完全相同的2个矩形波导31，凹形波导底板33，凹形波导壁35构成，均为金属材料制成；开槽波导21由第一矩形底板211，2块第一矩形中板212，2块第一矩形上板213三部分组成；沿CX双频段微波输入到输出方向画第一矩形通道214的中心轴线OO’，点O在CX双频段微波输入端面上，点O’在开槽脊波导壁24上；在CX双频段微波输入端面上穿过点O画纵向轴线AA’，AA’垂直于第一矩形底板211，远离第一矩形底板211的一端即A端为上端，靠近第一矩形底板211的一端即A’端为下端；在CX双频段微波输入端面上穿过点O画横向轴线BB’，横向轴线BB’垂直于纵向轴线AA’，B端为左端，B’端为右端；开槽波导21的宽度a1小于自由空间波长；第一矩形底板211为长方体板，宽度等于a1，高度为b1，长度为L0；2块第一矩形中板212的下表面沿中心轴线OO’方向，关于中心轴线OO’轴对称焊接在第一矩形底板211上表面的左右两端；第一矩形中板212是长方体板，宽度为a2，高度为b2，长度等于L0；2块第一矩形上板213的下表面沿中心轴线OO’方向，远离AA’轴线的端面与第一矩形中板212对齐，分别对称焊接在2块第一矩形中板212的上表面；第一矩形上板213为长方体板，宽度为a7，高度为b3，长度等于L0；第一矩形底板211、2块第一矩形中板212、第一矩形上板213靠近沿轴线OO’的面为内表面；2个矩形波导31完全相同，2个矩形波导31沿中心轴线OO’方向对称紧贴在2块第一矩形上板213内表面，矩形波导31将X波段的壁电流和C波段缝隙216隔开，避免C波段缝隙216对X波段微波传输和辐射的干扰；矩形波导31由第二矩形底板311，2块第二矩形中板312，第二矩形上板313三部分组成；矩形波导31的第二矩形底板311下表面与第一矩形上板213下表面对齐；第二矩形底板311、2块第二矩形中板312和第二矩形上板313共同围成第二矩形通道314，第二矩形通道314的宽度为a8，高度为b8，长度等于L0；凹形波导底板33将2个矩形波导31的2个第二矩形底板311相连接，凹形波导底板33下表面与第二矩形底板311下表面对齐；第一矩形底板211、2块第一矩形中板212、2块第一矩形上板213、2个矩形波导31的2块第二矩形底板311和凹形波导底板33共同围成第一矩形通道214，第一矩形通道214的宽度为a4，高度等于b2，长度等于L0，a4＝a1-2*a2；第二矩形底板311为长方体板，宽度为a6，高度为c2，长度等于L0；2块第二矩形中板312的下表面沿中心轴线OO’方向，焊接在第二矩形底板311上表面的左右两端；第二矩形中板312是长方体板，宽度为c2，高度为b8，长度等于L0；第二矩形上板313沿中心轴线OO’方向，远离AA’轴线的端面与第二矩形中板312对齐，焊接在2块第二矩形中板312的上表面；第二矩形上板313为长方体板，宽度等于a6，高度等于c2，长度等于L0；凹形波导底板33与中心轴线OO’两侧的2个第二矩形中板312围成第一通槽34，第一通槽34的深度为c1，横向宽度为a3；凹形波导底板33沿AA’方向开有X波段缝隙215；第一矩形上板213沿AA’方向开有C波段缝隙216；第二矩形上板313沿AA’方向开有Ku波段缝隙32；X波段缝隙215为胶囊型，共有K1个，宽度为w2，长度为L2，深度为c2，两端倒圆角，倒角半径为r4；X波段缝隙215开在第一通槽34的底部表面，分为两列，沿中心轴线OO’方向交错分布在OO’左右两边，相邻X波段缝隙215的横向间距为q3，轴向间距为p3，离CX双频段微波输入端面最近的X波段缝隙215到CX双频段微波输入端面的轴向间距为s3；C波段缝隙216上部分为矩形，下部分为细胶囊形，共有K2个，分为两列，沿中心轴线OO’方向交错分布在OO’左右两边的2个第一矩形上板213中；C波段缝隙216矩形部分的宽度为w3，长度为L3，深度等于c1，C波段缝隙216矩形部分在远离OO’的侧壁两端倒圆角，倒角半径为r5，C波段缝隙216细胶囊形部分的宽度为w4，长度为L4，深度等于c2，两端倒圆角，倒角半径等于r6；C波段缝隙216位于第一通槽34左右两个侧壁上，其中C波段缝隙216细胶囊形部分与矩形波导31外侧壁的横向间距为w5；相邻C波段缝隙216的横向间距为q4，轴向间距为p4，离CX双频段微波输入端面最近的C波段缝隙216到CX双频段微波输入端面的轴向间距为s4；X波段缝隙215用于辐射X波段微波，C波段缝隙216用于辐射C波段微波；Ku波段缝隙32为矩形，共有K3个，分为两列，每列个数为K32，沿中心轴线OO’方向对称分布在OO’左右两边的2个第二矩形上板313中；Ku波段缝隙32长度为L5，宽度为w6，与BB’轴的夹角为θ，在右侧第二矩形上板313上，按照离O最近的Ku波段缝隙32右端靠近O方向偏转θ，下一个Ku波段缝隙32远离O方向偏转θ，在右侧第二矩形上板313上交错排布；Ku波段缝隙32是从第二矩形上板313上表面向接近第二矩形底板311的方向开槽，开槽深度为c4，连通第二矩形上板313上表面和第二矩形通道314；相邻Ku波段缝隙32的横向间距为q5，轴向间距为p5，离Ku频段微波输入端面最近的Ku波段缝隙32到Ku频段微波输入端面的轴向间距为s5；Ku波段缝隙32用于辐射Ku波段微波；2块矩形波导31架设在X波段缝隙215和C波段缝隙216之间，传输Ku波段微波，同时把X波段缝隙215与C波段缝隙216隔离开，形成肩臂，并构成扼流槽，降低CX波段的相互影响；金属脊22为长方体板，宽度为a5，高度为b5，长度等于L0；沿中心轴线OO’方向平铺焊接在第一矩形底板211的上表面中轴线上，金属脊22与第一矩形底板211的连接位置倒圆角，金属脊22顶部也倒圆角，倒角半径均为r2；金属脊22的长度等于L0；金属脊22的宽度a5以及金属脊22的高度b5会影响X波段微波的传输，金属脊22的宽度a5减小时X波段微波传输变差，金属脊22的高度b5减小时X波段微波传输变差至截止；反射杆23为金属长方体杆，横截面为长方形，宽度为w1，长度为L1，高度等于第一矩形中板212的高度b2；M根反射杆23焊接在第一矩形底板211的上表面，连接第一矩形底板211和第一矩形上板213，贴在第一矩形通道214左右两个侧壁，即2块第一矩形中板212的内表面，分为两列沿中心轴线OO’方向交错分布，反射杆23与第一矩形中板212的内表面连接位置倒圆角，倒角半径为r3，反射杆23远离第一矩形中板212的一端倒圆角，倒角半径等于r3；相邻反射杆23的横向间距为q2，轴向间距为p2，距离CX双频段微波输入端面最近的反射杆23到CX双频段微波输入端面的轴向距离为s2；反射杆23可以抵消C波段缝隙的等效电纳，从而使C波段缝隙216处于谐振状态；开槽脊波导壁24焊接在第一矩形通道214远离微波源的一端，将第一矩形通道214远离微波源的一端封闭；开槽脊波导壁24为金属长方体，宽度等于a1，高度等于b4，厚度为s0，开槽脊波导壁24的上表面沿中心轴线OO’方向挖有1个长方形通槽，为第二通槽241，宽度为a9，深度为b3；凹形波导壁35焊接在凹形波导3远离微波源的一端，将2个第二矩形通道314远离微波源的一端封闭；凹形波导壁35为金属长方体，宽度等于a9，高度等于b7，厚度等于s0，凹形波导壁35的上表面沿中心轴线OO’方向挖有1个长方形通槽，为第三通槽351，宽度等于a3，深度等于c3；电磁带隙1为采用金属材料制备的圆柱，其直径为d，高度为h，顶部倒圆角，倒角半径等于r1；N个电磁带隙1平均分为两列，每列的数目等于N2，沿中心轴线OO’方向，对称分布于第一矩形通道214左右两侧，用螺钉固定在第一矩形底板211上表面；两列电磁带隙1的横向间距为q1，同列相邻电磁带隙1的轴向间距为p1，距离CX双频段微波输入端面最近的电磁带隙1到CX双频段微波输入端面的轴向间距等于s1；电磁带隙1的功能是使X波段微波在两列电磁带隙1之间、金属脊22的四周，使X波段微波沿金属脊22传播；同时使C波段微波透过两列电磁带隙1在整个开槽脊波导2中传输；电磁带隙1的高度h减小时禁带范围向更低频率移动，两列电磁带隙1之间的距离q1减小时X波段微波传输变差至截止，调整电磁带隙1的高度h和两列电磁带隙1之间的距离q1实现禁带范围的改变。

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