CN104300227A - 多波束馈电结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多波束馈电结构，可实现多波束同时扫描，提高大空域、地域监视设备的扫描探测能力。所述馈电结构基于一个微带Rotman透镜，微带Rotman透镜的由金属接地板、基板、Rotman透镜的微带贴片图案构成，微带贴片图案通过波束端口连接接收机通道，通过阵列端口连接天线阵。所述的基板为钛酸锶钡与高分子聚合材料的混合物。有益效果：本发明与现有技术相比，其可用于大空域、地域监视设备，结构较精简，设备的探测能力提高。

Description

多波束馈电结构

技术领域

本发明涉及一种可产生多个接收(发射)波束，并可使这多个波束实现同时扫描的馈电结构，可用于提高大空域、地域监视设备的扫描探测能力。

背景技术

多波束天线(Multiple Beam Antenna)能够以高增益来覆盖较大的空域、地域,使得这种天线在战场监控及多点通信等应用系统中具有很好的应用前景,因而受到了各国的广泛重视。相控阵雷达能够实现多波束，但是，在实现多波束的过程中，必须在本来已经很复杂的相控阵雷达基础上再增加大量电路及其它硬件，使得系统更加复杂，造价更加昂贵。Rotman透镜是一种低成本、宽带、易于制造的多波束形成网络，在其阵列端口接上天线阵就组成了多波束天线。图1是一个与天线阵连接在一起的Rotman透镜的示意图，当从某个波束端口馈电时，以波束端口P1馈电为例，电磁波到达阵列端口处的各个天线单元需经过不同的波程R₁、R₂...R₇，并且两两相邻的波程之差△R都相等(即△R＝R₂－R₁＝R₃－R₂＝...＝R₇－R₆)，对于印刷电路形式的Rotman透镜，例如微带Rotman透镜，电磁波到达各个天线单元的相位φ_i与所传播路径的长度及基板介电常数的平方根成线性关系，可表示为

${\mathrm{\φ}}_i={\mathrm{AR}}_i\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}---\left(1\right)$

相邻天线单元处的相位差为

$\mathrm{\Δ\φA}(R_i-R_{i-1})\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}=\mathrm{A\ΔR}\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}---\left(2\right)$

可见，到达各个天线的电磁波的相位呈线性梯度，因此产生对应指向的波束。从不同波束端口发出的电磁波到达阵列端口天线阵所产生相位差不同，产生的波束指向也不同，在一定空间范围内形成多波束。

一个常规微带Rotman透镜的基板材料为介电常数恒定的介质，式(2)中的△R为定值，所以选定频率后，相位差△φ也是一个定值，因此，波束指向是固定的，无法实现波束扫描，这会制约系统的整体性能。例如,当多波束天线用于战场监视时,见图2,相邻两个波束(波束B1和波束B2)的交点A处的增益远低于波束顶点处的增益,此处系统的探测能力明显下降。要想提高系统的整体探测能力，通常的方法是增加波束端口的数量，产生更多的辐射/接收波束，提高波束的空间密度，但是，这种方法不仅需要增大Rotman透镜的轮廓和设计难度，同时还需要增加通道的数量或复杂程度。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种探测能力强、结构简单的多波束馈电结构

技术方案：本发明采用如下技术手段实现：

一种多波束馈电结构，所述馈电结构基于一个特殊的微带Rotman透镜，微带Rotman透镜的由金属接地板、基板、Rotman透镜的微带贴片图案构成，微带贴片图案通过波束端口连接接收机通道，通过阵列端口连接天线阵。

所述的基板为钛酸锶钡与高分子聚合材料的混合物。

有益效果：本发明与现有技术相比，其可用于大空域、地域监视设备，结构较精简，设备的探测能力提高。

附图说明

图1是Rotman透镜结构示意图。

图2是Rotman透镜产生多波束示意图。

图3是Rotman透镜的多波束扫描示意图。

图4是本发明所述的BSTPC微带Rotman透镜示意图。

图5是本发明涉及的BSTPC微带Rotman透镜产生多波束的仿真结果。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行进一步详述：

如图4所示，BSTPC微带Rotman透镜的结构由金属接地板1、基板2、Rotman透镜的微带贴片图案3构成，微带贴片图案3通过波束端口4连接接收机通道，通过阵列端口(5)连接天线阵。这种微带Rotman透镜的基板2采用钛酸锶钡(Ba_xSr_1-xTiO₃－BST)与高分子聚合材料(Polymer)的混合物(Composite)来制作，这里将这种混合物简称为BSTPC，它是将BST粉末均匀掺杂到高分子聚合物所得到的，其等效相对介电常数ε_r的值可以低于10。

众所周知，BST材料在外加直流电压的作用下，其介电常数发生变化，所以，当本发明中BSTPC微带Rotman透镜在直流电压V的控制下，基板的介电常数发生变化(例如从ε_r变到ε′_r)，从而引起从波束端口(4)发出的电磁波在到达各个阵列端口5的相位差发生变化，根据式(2)可知，相位差从△φ变到最终，使得天线阵辐射的波束指向发生改变，达到波束扫描的目的。我们在图4所示的BSTPC微带Rotman透镜后面接上渐变缝隙天线，并进行了仿真研究，分别计算了这种多波束天线的基板介电常数在ε_r＝7和ε_r＝9时的辐射性能，结果如图5所示，其中给出了在波束端口P1、P2、P3馈电时的辐射波瓣Beam1、Beam2和Beam3，可以看到，当介电常数从7变到9时，辐射波束从实线所在位置变到虚线所在位置，实现了波束扫描探测功能。

下面用一个具体例子来说明：

实施例1：阵列端口5后面的天线单元采用对蹱Vivaldi天线，基板下方的金属接地层1在天线所在位置渐变成对蹱Vivaldi天线的一只蹱，基板的另一侧上制作Vivaldi天线的另一只蹱。加载直流电压V的导线采用铟掺杂氧化锡(Indium Tin Oxide－ITO)或者金属铬(Chromium－Cr)薄膜，这两种材料都对高频呈现高阻抗特性，起到通直流并隔离射频信号的作用。空闲端口(dummy port)处覆盖吸波材料，将传播到这里的杂散电磁波吸收，防止对系统性能产生干扰。

Claims (2)

1.一种多波束馈电结构，其特征在于：所述馈电结构基于一个特殊的微带Rotman透镜，微带Rotman透镜的由金属接地板（1）、基板（2）、Rotman透镜的微带贴片图案（3）构成，微带贴片图案（3）通过波束端口（4）连接接收机通道，通过阵列端口（5）连接天线阵。

2.根据权利要求1所述的多波束馈电结构，其特征在于：所述的基板（2）为钛酸锶钡与高分子聚合材料的混合物。