CN102403576A - 低副瓣罗特曼透镜天线 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种低副瓣罗特曼透镜天线，包括，透镜部分与旁瓣对消电路，辐射单元（1）与对应的阵列口（4）之间的矩形波导（3）内，设置有用于缩小天线尺寸的镙钉移相器（2），每个波束口（6）后都连接有一单刀双掷开关（7），两相邻波束口（6）的信号，通过相邻两个单刀双掷开关（7）的选择，送入对应相连的同一个合成器（8）中。本发明采用两相邻波束副瓣对消，合成波束的副瓣得到有效降低，合成得到最后的信号，形成低副瓣的接收特性。可同时实现低副瓣与较高的波束交叠电平（高于-3dB）。副瓣实现了一定程度对消，有效地降低了副瓣电平值。

Description

低副瓣罗特曼透镜天线

技术领域

本发明是关于一种改进的H面波导型基于罗特曼透镜(Rotman)的低副瓣天线。

背景技术

现有技术中， Rotman透镜天线是一个同时多波束天线, 用Rotman透镜作为馈电网路，运用准光学技术替代大量移相器，获得同时多波束扫描，包括馈电网络在内的整个天线系统采用微带来实现。该天线利用波束口到天线阵上各个单元的光程差来确定波速指向,可以实现大角度窄波束扫描。

Rotman由波速口,平行板透镜腔体、阵列口、相位传输线、辐射天线阵五个部分组成。它的工作原理是，任何一个波束口发出的信号经透镜腔体、相位传输线、达到辐射天线单元，该天线可以实现大角度窄波束扫描。

目前，Rotman透镜天线同时得到较高的效率及低的副瓣主要有三种方法：

a)通过在各个波束口添加新的加权网络得到，但是目前基本限于单个波束应用；

b)在多波束应用中可以通过增加波束口照射口径尺寸的途径来降低副瓣，但是这一方案的波束间隔过大，各相邻波束交叠电平过低（一般为-10dB），但对波导结构而言，随着单个波束口口径尺寸的增加会出现高次模，因此不便于应用；

c)用一个小透镜作为初级多波束馈源照射另一个较大的透镜来实现边照水平的提高，不过这样做将使天线的尺寸增加较大。其次是阵列口后的相位调整传输线非常长，增加了天线的纵向尺寸。

本发明是对现有技术H面波导型Rotman透镜天线的进一步改进和发展。

发明内容

本发明目的是针对上述现有Rotman透镜天线方案存在的不足之处，提出一种能够有效降低副瓣电平值，可同时实现低副瓣与较高的波束交叠电平（高于-3dB），天线尺寸无明显增加的H面波导结构的低副瓣Rotman透镜天线新方案。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。本发明提供的低副瓣罗特曼透镜天线，包括，透镜部分与旁瓣对消电路，其特征在于，辐射单元1与对应的阵列口4之间的矩形波导3内，设置有用于缩小天线尺寸的镙钉移相器2，每个波束口6后都连接有一单刀双掷开关7，两相邻波束口6的信号，通过相邻两个单刀双掷开关7的选择，送入对应相连的同一个合成器8中，两相邻波束副瓣对消使得形成的合成波束具有低副瓣的特点。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果:

本发明采用两相邻波束副瓣对消，合成波束副瓣得到降低，两波束合成后得到的信号被输出到端口（9），形成低副瓣的接收特性。可同时实现低副瓣与较高的波束交叠电平（高于-3dB），天线尺寸无明显增加。

由于天线具有互易性，作为发射天线，当发射信号从端口（9）输入时将在各辐射单元（1）中激励起一定的口径分布，具有低副瓣的特性。由于副瓣实现了一定程度对消，因而有效地降低了副瓣电平值。

用位于波导内的螺钉移相器替代波导传输线移相器，在各矩形波导（3）中引入镙钉移相器（2），有效地减小了透镜天线尺寸。具有天线结构尺寸小、副瓣低、多波束。由于波束间隔小于半功率波束宽度，因此还有波束间隔小的特点。

附图说明

图1是本发明低副瓣罗特曼透镜天线的剖面图。

图2是图1中螺钉移相器的示意图。

图3是有螺钉移相器与无螺钉移相器的低副瓣罗特曼透镜天线

图4是本发明副瓣对消原理图。

图中：1辐射单元，2镙钉移相器，3矩形波导，4阵列口，5吸波材料，6波束口，7单刀双掷开关，8合成器，9端口，初级波束口10，11左波束，12右波束，13合成波束。

具体实施方式

参阅图1。天线由透镜部分与旁瓣对消电路组成。透镜部分包括，多个辐射单元1、镙钉移相器2、矩形波导3、阵列口4、吸波材料5、n+1个波束口6 、n-1个单刀双掷开关7与n个合成器8。辐射单元1与对应的阵列口4之间的矩形波导3内设置有镙钉移相器2，用于缩小天线尺寸。镙钉移相器2由一组金属材料制成的圆柱构成，它连接在各矩形波导3中。吸波材料5位于透镜中部左右两个旁壁处，吸收除从波束口6到阵列口4之间的直射波外的其它电磁波。每个波束口6后接一单刀双掷开关7，通过相邻两个单刀双掷开关7的选择将两相邻波束口6的信号送入与之对应的同一个合成器8中，做信号同相迭加处理合成波束，同相合成得到最后的信号输出到端口9，形成低副瓣的接收特性。且波束间隔小于半功率波束宽度。

从自由空间中来的电磁波由各个辐射单元1接收后沿对应的矩形波导3传输，并经镙钉移相器2调整相位后，从阵列口4辐射到n+1个波束口6中形成初级波束。从各个阵列口4中辐射出来的信号未经直射路径到达各波束口6中的能量，被吸波材料5吸收以减小多径信号。

旁瓣对消电路由n-1个单刀双掷开关7与n个合成器8构成。n+1个波束口6后接一单刀双掷开关7，n-1个单刀双掷开关7的输出端与透镜最边缘的两个输出口形成初级波束口10。经单刀双掷开关7的选择使得相邻的初级波束口10的信号进入某个合成器8中，同相合成后输出到端口9，得到最后的旁瓣被对消的低副瓣波束。

参阅图3， 图中画出了有螺钉移相器与无螺钉移相器的低副瓣罗特曼透镜天线，左边为无螺钉移相器的低副瓣罗特曼透镜天线，右边为有螺钉移相器的低副瓣罗特曼透镜天线，可以看到无螺钉移相器的低副瓣罗特曼透镜天线的矩形波导3占据了大量的面积，而有螺钉移相器的低副瓣罗特曼透镜天线的矩形波导3的尺寸被显著地压缩。

参阅图4，横座标为角度，纵座标为信号幅度，图中左波束11与右波束12为两相邻的初级波束口10的幅度方向图，合成波束13为端口9输出的幅度方向图。左波束11的左边第一幅度零点与右波束12的左边第二幅度零点在横座标上重合，造成同一方向上左右两波束的相位差180°，将两波束相加使得合成波束13的副瓣得到减小。

Claims (7)

1.一种低副瓣罗特曼透镜天线，包括，透镜部分与旁瓣对消电路，其特征在于，辐射单元（1）与对应的阵列口（4）之间的矩形波导（3）内，设置有用于缩小天线尺寸的镙钉移相器（2），每个波束口（6）后都连接有一单刀双掷开关（7），两相邻波束口（6）的信号，通过相邻两个单刀双掷开关（7）的选择，送入对应相连的同一个合成器（8）中，两相邻波束副瓣对消，所得到的合成波束的副瓣被有效降低。

2.如权利要求1所述的低副瓣罗特曼透镜天线，其特征在于，所述透镜部分包括，多个辐射单元（1）、镙钉移相器（2）、矩形波导（3）、阵列口（4）、吸波材料（5）、n+1个波束口（6）、n-1个单刀双掷开关（7）与n个合成器（8）。

3.如权利要求1所述的低副瓣罗特曼透镜天线，其特征在于，所述的旁瓣对消电路由n-1个单刀双掷开关（7）与n个合成器（8）构成。

4.如权利要求1所述的低副瓣罗特曼透镜天线，其特征在于，n+1个波束口（6）后接一单刀双掷开关（7），n-1个单刀双掷开关7的输出端与透镜最边缘的两个输出口形成初级波束口（10）。

5.如权利要求1所述的低副瓣罗特曼透镜天线，其特征在于，所述镙钉移相器（2）连接在各矩形波导（3）中。

6.如权利要求2所述的低副瓣罗特曼透镜天线，其特征在于，吸波材料（5）位于透镜中部左右两个旁壁处，吸收除从波束口（6）到阵列口（4）之间的直射波外的其它电磁波。

7.如权利要求1所述的低副瓣罗特曼透镜天线，其特征在于，从自由空间中来的电磁波由各个辐射单元（1）接收后沿对应的矩形波导（3）传输，并经镙钉移相器（2）调整相位后，从阵列口（4）辐射到n+1个波束口（6）中形成初级波束。

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