CN105846114B - 双波段共口径天线 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种双波段共口径天线，包括：C波段水平极化天线、C波段垂直极化天线、L波段垂直极化天线，其中，所述C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线为波导缝隙天线，所述L波段垂直极化天线为长槽天线，所述C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线采用波导端馈，所述L波段垂直极化天线采用同轴馈电。本发明具有结构紧凑、馈电灵活、隔离度高、口径效率高、重量轻、可电扫描、双波段和多极化等功能，便于组成大型阵面。

Description

双波段共口径天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种双波段共口径天线。

背景技术

合成孔径雷达对天线系统的要求越来越高，往往希望在保证性能的前提下，天线具有多波段，多极化，共口径等性能。上述特点的组合可以给雷达提供更多关于成像区域的信息，并且可以大大缩小天线尺寸，减轻系统重量。

但是，目前的双波段共口径天线多采用微带天线，但微带天线效率偏低，且环境适应性不及金属导体。

中国发明专利CN 104795638A公开了一种双频段圆极化共口径微带天线，通过采用K频段方形环贴片天线和Ka频段方形环贴片天线可以实现天线的小型化。但是，该专利申请仍是采用微带天线实现，效率较低。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种双波段共口径天线，具有结构紧凑、馈电灵活、隔离度高、口径效率高、重量轻、可电扫描、双波段和多极化等功能，便于组成大型阵面。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种双波段共口径天线，包括：C波段水 平极化天线、C波段垂直极化天线、L波段垂直极化天线，其中，所述C波段水平极化天线和C 波段垂直极化天线为波导缝隙天线，所述L波段垂直极化天线为长槽天线，所述C波段水平 极化天线和C波段垂直极化天线采用波导端馈，所述L波段垂直极化天线采用同轴馈电，其 中，所述C波段水平极化天线和所述C波段垂直极化天线的辐射面的高度差H约为

，其 中，

为L波段的中心频率的波长。

进一步，所述L波段垂直极化天线由所述C波段垂直极化天线上方的长槽结构形成，所述C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线用金属板隔开，所述C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线平行，所述金属板与C波段垂直极化天线垂直设置，且位于所述C波段垂直极化天线波导的两侧以形成所述长槽结构。

进一步，所述C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线采用波导端馈，采用以下方式之一：

（1）波导底部同轴馈电；

（2）在波导下方再放置一级波导馈电增加带宽。

进一步，所述C波段水平极化天线和所述C波段垂直极化天线的辐射面的高度差H 约为

的奇数倍，其中，

为C波段的中心频率的波长。

进一步，所述C波段水平极化天线为波导缝隙天线，波导管为脊波导，在脊波导管 上开“八”字形缝，其中，相邻缝之间的间距为d=0.83

；

所述C波段垂直极化天线为波导缝隙天线，波导管为脊波导，在脊波导管上开纵向缝，其中相邻缝之间的间距也为d，

其中，所述C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线用金属板隔开。

进一步，所述L波段垂直极化天线采用同轴馈电，其馈电位置在所述C波段垂直极化天线的上方，相邻同轴馈电位置沿长槽的间距为4*d。

进一步，在所述L波段垂直极化天线的同轴馈电点两侧沿长槽方向设置金属板，所述金属板与同轴馈电点的距离为2*d。

根据本发明实施例的双波段共口径天线，通过由采用波导端馈的C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线，以及采用同轴馈电的L波段垂直极化天线为长槽天线组成，具有结构紧凑、馈电灵活、隔离度高、口径效率高、重量轻、可电扫描、双波段和多极化等功能，便于组成大型阵面。

本发明实施例的双波段共口径天线具有以下有益效果：

（1）C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线采用脊波导可减小天线尺寸，便于组阵，在垂直面实现波束扫描。L波段垂直极化天线利用C波段垂直极化天线阵面上的长槽，也可在垂直面组阵，实现波束扫描。

（2）L波段垂直极化天线只利用C波段阵面的部分槽，因此对C波段天线的遮挡效应很小。仿真实验表明，C波段天线的交叉极化低于-30dB。

（3）由于槽深H约

的奇数倍，对C波段水平极化天线、C波段垂直极化天线的极 化隔离度影响很小。仿真实验表明，C波段天线的极化隔离度大于30dB。同时H约为

，L 波段垂直极化天线3的互耦小于-13dB，带宽约8%。

（4）C波段水平极化天线、C波段垂直极化天线和L波段垂直极化天线互不干涉，C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线可用常见的波导端馈，波导底部同轴馈电或在波导下方再放置一级波导馈电增加带宽。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的双波段共口径天线的结构图；

图2为根据本发明实施例的双波段共口径天线的侧视图；

图3为根据本发明实施例的双波段共口径天线的俯视图；

图4为根据本发明实施例的L波段垂直极化天线3馈电示意图；

图5为根据本发明实施例的L波段垂直极化天线3的端口驻波示意图；

图6为根据本发明实施例的L波段垂直极化天线3水平面和垂直面的主极化方向图和交叉极化方向图；

图7为根据本发明实施例的C波段水平极化天线1和C波段垂直极化天线2端口驻波的示意图；

图8为根据本发明实施例的C波段垂直极化天线水平面和垂直面的主极化方向图和交叉极化方向图；

图9为根据本发明实施例的C波段水平极化天线水平面和垂直面的主极化方向图和交叉极化方向图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出一种双波段共口径天线，该双波段共口径天线可以用于电磁波的发送和接收。

下面参考图1至图9对本发明实施例的双波段共口径天线进行说明。

如图1所示，本发明实施例的双波段共口径天线，包括C波段水平极化天线1、C波段垂直极化天线2、L波段垂直极化天线3。其中，C波段水平极化天线1和C波段垂直极化天线2为波导缝隙天线，C波段水平极化天线1和C波段垂直极化天线2采用波导端馈。

首先，根据天线的工作频段和扫描范围可确定天线的单元间距，从而确保不会出现栅瓣。在本发明的一个实施例中，设置C波段水平极化天线1和C波段垂直极化天线2的工作频段和扫描范围相同，因此其单元间距也相同。

此外，为了便于工程实现，设置L波段垂直极化天线3的单元间距为C波段天线单元间距的整数倍。

优选的，设置L波段垂直极化天线3的单元间距为C波段天线单元间距的4倍。即，dx=4*d，其中，d为C波段天线的方位向单元间距，dx为L波段垂直极化天线3的方位向单元间距。

在本发明的一个实施例中，C波段水平极化天线1和C波段垂直极化天线2采用波导端馈，采用以下方式之一：

（1）波导底部同轴馈电；

（2）在波导下方再放置一级波导馈电增加带宽。

并且，C波段水平极化天线1和C波段垂直极化天线2的辐射面的高度差H约为

的奇数倍，其中，

为C波段的中心频率的波长，由此可以提高C波段水平极化天线1和C波段 垂直极化天线2的隔离度。

优选的，C波段水平极化天线1和C波段垂直极化天线2的辐射面的高度差H约为

。其中，

为L波段的中心频率的波长。

进一步，C波段水平极化天线1为波导缝隙天线，波导管为脊波导，在脊波导管上开 “八”字形缝，其中，相邻缝之间的间距为d=0.83

。

C波段垂直极化天线2为波导缝隙天线，波导管为脊波导，在脊波导管上开纵向缝，其中相邻缝之间的间距也为d。

在单元间距确定后，下面进一步确定C波段波导缝隙天线的尺寸及缝隙尺寸。优选 的，如图2所示，a1=0.32

, b1=0.23

, c1=0.12

, d1=0.14

, a2=0.37

, b2=0.24

, c2=0.04

, d2=0.15

,H=1

, w=0.56

, d=0.83

。其中，缝隙宽度约为2mm，C波段垂直 极化天线2的缝长约为0.56

，C波段水平极化天线缝与波导管轴向夹角为10.7°，缝长约 0.63

。

图7为根据本发明实施例的C波段水平极化天线1和C波段垂直极化天线2端口驻波的示意图。图8为根据本发明实施例的C波段垂直极化天线水平面和垂直面的主极化方向图和交叉极化方向图。图9为根据本发明实施例的C波段水平极化天线水平面和垂直面的主极化方向图和交叉极化方向图。

L波段垂直极化天线3为长槽天线，采用同轴馈电，如图3中的同轴馈电4。

需要说明的是，C波段水平极化天线1、C波段垂直极化天线2、L波段垂直极化天线3的馈电方式不限于上述举例，采用其他馈电方式来激励上述天线，都属于本申请的保护范围，在此不再赘述。

优选的，参考图1和图3，L波段垂直极化天线3由C波段垂直极化天线2上方的长槽结构形成L波段垂直极化辐射，其中，C波段水平极化天线1和C波段垂直极化天线2用金属板隔开， C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线平行，金属板与C波段垂直极化天线垂直设置，且位于C波段垂直极化天线波导的两侧以形成长槽结构。优选的，金属板的板厚约为1mm。

具体地，如图4所示，L波段垂直极化天线3采用同轴馈电4，其馈电位置在C波段垂直极化天线2的上方，相邻同轴馈电位置沿长槽的间距为4*d。

进一步，为了匹配阻抗，在L波段垂直极化天线3的同轴馈电点两侧距离同轴线d3= 2*d处设置金属板5。同轴馈电口距离C波段垂直极化天线2的波导管H1=0.86

，其中，

= 0.23

。图5为根据本发明实施例的L波段垂直极化天线3的端口驻波示意图。图6为根据本

发明实施例的L波段垂直极化天线3水平面和垂直面的主极化方向图和交叉极化方向图。

根据本发明实施例的双波段共口径天线，通过由采用波导端馈的C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线，以及采用同轴馈电的L波段垂直极化天线为长槽天线组成，具有结构紧凑、馈电灵活、隔离度高、口径效率高、重量轻、可电扫描、双波段和多极化等功能，便于组成大型阵面。

本发明实施例的双波段共口径天线具有以下有益效果：

（1）C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线采用脊波导可减小天线尺寸，便于组阵，在垂直面实现波束扫描。L波段垂直极化天线利用C波段垂直极化天线阵面上的长槽，也可在垂直面组阵，实现波束扫描。

（2）L波段垂直极化天线只利用C波段阵面的部分槽，因此对C波段天线的遮挡效应很小。仿真实验表明，C波段天线的交叉极化低于-30dB。

（3）由于槽深H约

的奇数倍，对C波段水平极化天线、C波段垂直极化天线的极 化隔离度影响很小。仿真实验表明，C波段天线的极化隔离度大于30dB。同时H约为

，L 波段垂直极化天线3的互耦小于-13dB，带宽约8%。

（4）C波段水平极化天线、C波段垂直极化天线和L波段垂直极化天线互不干涉，C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线可用常见的波导端馈，波导底部同轴馈电或在波导下方再放置一级波导馈电增加带宽。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (4)

1.一种双波段共口径天线，其特征在于，包括：C波段水平极化天线、C波段垂直极化天线、L波段垂直极化天线，

所述C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线为波导缝隙天线，所述L波段垂直极化天线为长槽天线，所述L波段垂直极化天线由所述C波段垂直极化天线上方的长槽结构形成，所述C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线用金属板隔开，所述C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线平行，所述金属板与C波段垂直极化天线垂直设置，且位于所述C波段垂直极化天线波导的两侧以形成所述长槽结构；

所述C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线采用波导端馈，所述L波段垂直极化天线采用同轴馈电，

其中，所述C波段水平极化天线和所述C波段垂直极化天线的辐射面的高度差H约为

的奇数倍，其中，

为C波段的中心频率的波长，

所述C波段水平极化天线和所述C波段垂直极化天线的辐射面的高度差H约为

，其中，

为L波段的中心频率的波长。

2.如权利要求1所述的双波段共口径天线，其特征在于，所述C波段水平极化天线和C波段垂直极化天线采用波导端馈，采用以下方式之一：

（1）波导底部同轴馈电；

（2）在波导下方再放置一级波导馈电增加带宽。

3.如权利要求1所述的双波段共口径天线，其特征在于，所述C波段水平极化天线为波导缝隙天线，波导管为脊波导，在脊波导管上开“八”字形缝，其中，相邻缝之间的间距为d=0.83

；

所述C波段垂直极化天线为波导缝隙天线，波导管为脊波导，在脊波导管上开纵向缝，其中相邻缝之间的间距也为d。

4.如权利要求3所述的双波段共口径天线，其特征在于，所述L波段垂直极化天线采用同轴馈电，其馈电位置在所述C波段垂直极化天线的上方，相邻同轴馈电位置沿长槽的间距为4*d。

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