CN101752662A - 二维电扫描透镜天线 - Google Patents

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尤立志
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Abstract

本发明提出一种结构牢固且紧凑的用于扫描雷达的二维电扫描透镜天线，包括：铁电体透镜天线和一维线阵馈源，铁电体透镜天线包括导体平板，在相邻的导体平板之间夹有铁电体介质板，在铁电体透镜天线上设有二元衍射透镜，且二元衍射透镜位于一维线阵馈源与铁电体透镜天线之间，在一维线阵馈源上连接有N路通道选择开关，一维线阵馈源发射或接收的电磁波的极化方向与所述导体平板的长边方向垂直。这种天线通过一个N路通道选择开关和N路电压控制系统来实现二维电扫描，扫描控制部分比起两片FEL组成的扫描系统要简单。BDL是平面结构，既有效地降低了天线的重量和剖面，又可以与平面结构的FEL无缝连接，有利于获得结实、紧凑的结构。

Description

二维电扫描透镜天线
一、技术领域：
本发明涉及一种用于扫描雷达的二维电扫描透镜天线。
二、背景技术
在雷达系统中，天线波束的扫描方式可分为机械扫描和电子扫描两种，与机械扫描天线相比，电子扫描速度块，并可以通过计算机控制实现波束捷变。最常见的电子扫描天线形式是相控阵天线，它由许多辐射单元组成，并且每个辐射单元连接一个移相器，所有辐射单元接收到的信号经过波束合成后形成一个接收波束，获得对空间某一方向的探测，通过控制移相器的相移量可以改变接收波束的指向，实现对空间的二维电控扫描。大量移相器的使用，使得相控阵有一个明显的缺点，即极其复杂的馈电网络以及因此而来的高昂制造费用，这一直都是困扰相控阵天线设计师的棘手问题。利用铁电体材料制成介质板(Ferroelectric Slab-FES)并夹在两块导体平板(Conductor Slab-CS)之间构成一种“三明治”结构，然后组成阵列也可以用于组成电子扫描天线，见图1，(为了简明起见，图中给出的单元数较少)，这种天线可以称为铁电体透镜天线(FerroelectricLens-FEL)，该天线的扫描原理是：通过计算机控制(Computer Controlled-CC)的电压控制器(Voltage Controller-VC)在不同阵列的单元导体板上加一定规律的电压来控制铁电体材料的介电常数，当电磁波通过这些铁电体板时，不同介电常数的介质对电磁波产生不同的相移，当各个相移量构成一个线性梯度时，就产生指向某个方向的波束，从而实现扫描。一块铁电体透镜只能实现一个平面的扫描，即一维扫描，要实现二维扫描，就需要两片平行放置的铁电体透镜，并且“三明治”结构的纵向方向互相垂直，如图2所示，铁电体透镜的波束扫描控制较相控阵天线要简单，两片各含N个单元的铁电体透镜构成的扫描天线，需要2N路电压控制输出。为了使电磁波的极化方向垂直于单元的导体平板，以到降低反射的目的，两片铁电体透镜之间需要加一个极化旋转器(Polarization Rotator-PR)，并且铁电体透镜和极化旋转器通常需要留有空隙，降低了结构的牢固性和紧凑性。
三、发明内容：
本发明提出一种结构牢固且紧凑的用于扫描雷达的二维电扫描透镜天线。
本发明采用如下技术方案：
一种二维电扫描透镜天线，包括：铁电体透镜天线和一维线阵馈源，铁电体透镜天线包括导体平板，在相邻的导体平板之间夹有铁电体介质板，在铁电体透镜天线上设有二元衍射透镜，且二元衍射透镜位于一维线阵馈源与铁电体透镜天线之间，在一维线阵馈源上连接有N路通道选择开关，一维线阵馈源发射或接收的电磁波的极化方向与所述导体平板的长边方向垂直。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
本发明包含一个N×1线阵馈源，一个二元衍射透镜(Binary Diffractive Lens-BDL)和一个FEL。这种天线通过一个N路通道选择开关和N路电压控制系统来实现二维电扫描，扫描控制部分比起两片FEL组成的扫描系统要简单，当然比起N×N单元的相控阵天线馈电网络更简单。BDL具有普通曲面透镜天线的辐射性能，并且由于它是一种平面结构，既有效地降低了天线的重量和剖面，又可以与平面结构的FEL无缝连接，有利于获得结实、紧凑的结构。
四、附图说明
图1是FEL的原理示意图。
图2是由两片FEL构成的现有的二维电扫描天线结构示意图。
图3是本发明的天线系统架构图，其中，XYZ是坐标系。
图4是本发明的二元衍射透镜(BDL)剖面图。
图5是本发明紧贴BDL的铁电体透镜(FEL)结构示意图。
五、具体实施方式
一种二维电扫描透镜天线，包括：铁电体透镜天线1和一维线阵馈源3，铁电体透镜天线1包括导体平板11，在相邻的导体平板11之间夹有铁电体介质板12，在铁电体透镜天线1上设有二元衍射透镜2，且二元衍射透镜2位于一维线阵馈源3与铁电体透镜天线1之间，在一维线阵馈源3上连接有N路通道选择开关4，一维线阵馈源3发射或接收的电磁波的极化方向与所述导体平板11的长边方向垂直，在图3中，导体平板11的长边方向与坐标系XYZ中的Y同向。
图3中的BDL是旋转对称结构的BDL上截取的一块正方形区域，它的轴截面图如图4所示。BDL与一维线阵馈源配合可实现YZ平面的一维扫描，例如：位于天线轴线上馈源A的接收波束实现对位于轴线上的目标A’的探测，而具有一定偏焦的馈源B的接收波束实现对偏离轴线的目标B’的探测。FEL紧贴在BDL的背面，如图5，利用FEL可以实现XZ平面的一维扫描，其扫描原理已在背景技术中给予说明。这样，通过线阵馈源、BDL和FEL三者的结合，整个天线结构可以实现波束的二维电子扫描。
实施例1：馈源线阵采用角锥喇叭阵，以8×1馈源阵为例，后面连接单刀8掷PIN开关，假定开关输入输出采用同轴接口，则将喇叭的波导通过波导一同轴转换器连接到开关。再辅以通道选择用的电子控制电路就可以实现电子扫描。如果有更多的馈源，以16个馈源为例，可以用一个单刀双掷开关后面连接两个单刀8掷开关构成一个1路到16路的开关，再加上相应的控制电路，就可以完成电子扫描。

Claims (1)

1.一种二维电扫描透镜天线，包括：铁电体透镜天线(1)和一维线阵馈源(3)，铁电体透镜天线(1)包括导体平板(11)，在相邻的导体平板(11)之间夹有铁电体介质板(12)，其特征在于，在铁电体透镜天线(1)上设有二元衍射透镜(2)，且二元衍射透镜(2)位于一维线阵馈源(3)与铁电体透镜天线(1)之间，在一维线阵馈源(3)上连接有N路通道选择开关(4)，一维线阵馈源(3)发射或接收的电磁波的极化方向与所述导体平板(11)的长边方向垂直。
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