CN106602283B - 基于角相特性的高功率电磁涡旋h面合成天线 - Google Patents

基于角相特性的高功率电磁涡旋h面合成天线 Download PDF

Info

Publication number
CN106602283B
CN106602283B CN201611087738.1A CN201611087738A CN106602283B CN 106602283 B CN106602283 B CN 106602283B CN 201611087738 A CN201611087738 A CN 201611087738A CN 106602283 B CN106602283 B CN 106602283B
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
antenna
rectangular
face
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611087738.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106602283A (zh
Inventor
谭康伯
张懿
路宏敏
李凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunshan Ruixiang Xuntong Communication Technology Co Ltd
Original Assignee
Xian University of Electronic Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Electronic Science and Technology filed Critical Xian University of Electronic Science and Technology
Priority to CN201611087738.1A priority Critical patent/CN106602283B/zh
Publication of CN106602283A publication Critical patent/CN106602283A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106602283B publication Critical patent/CN106602283B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于角相特性的高功率电磁涡旋H面合成天线，主要解决传统雷达天线回波功率小和目标识别能力差的问题。其包括一分八径向波导功分器(1)和八路相同的信号传输与辐射单元，每一路由圆弧弯波导(2)、调相器(3)、扭波导(4)和H面矩形喇叭天线(5)依次连接组成，且每一路与一分八径向波导功分器对应连接。八个H面矩形喇叭天线功率相同，相邻天线元之间的相位差为22.5°，在垂直于传播方向的平面上围成圆形阵列，该圆形阵列的半径R为圆心到每个H面矩形喇叭天线的辐射中心的连线，每个喇叭天线辐射的电磁波在空间中矢量叠加，得到具有轨道角动量的电磁涡旋。本发明功率容量大，目标识别能力强，可以应用于雷达探测。

Description

基于角相特性的高功率电磁涡旋H面合成天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，是特别涉及一种H面合成天线，可用于雷达探测。
背景技术
雷达探测的基本任务就是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方向、速度等状态参数。雷达系统组成中，天线在电磁波能量的发射和接收过程中起着至关重要的作用。现有雷达常采用传统相控阵天线，如图1所述。该天线由若干天线元按照线型、平面型或空间型分布排列而成，各天线元辐射的电磁波在空间中矢量叠加得到阵列天线的辐射电磁波，通过调整天线元的相位特性可以控制阵列天线的辐射方向和增益。
这种传统的相控阵天线其辐射的主要是远场近似平面波，雷达使用传统的相控阵天线虽具有波束指向灵活、目标容量大、抗干扰能力强的优点，但由于传统相控阵列天线辐射的远场近似平面电磁波不具有轨道角动量的特性，要提高目标识别能力、获取目标的角相特性则需要利用空间分集从多个角度入射目标，需要消耗大量的时间、空间和物质资源。而电磁波在传播过程中，能量会随着距离衰减，介质也会有损耗作用，导致了天线的回波功率小容易被噪声淹没，需要进一步提高天线的辐射功率以增强目标识别能力。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于角相特性的高功率电磁涡旋H面合成天线以获取目标角相特性，提高回波功率，增强雷达探测中的目标识别能力，减少时间、空间和物资的消耗。
为实现上述目的，本发明的基于角相特性的高功率电磁涡旋H面合成天线，包括：
一分八径向波导功分器1和八路相同的信号传输与辐射单元，每一路信号传输与辐射单元的输入端与一分八径向波导功分器1的输出端对应连接；
每一路信号传输与辐射单元由圆弧弯波导2、调相器3、扭波导4和H面矩形喇叭天线5依次连接组成，其特征在于：
八路相同的信号传输与辐射单元中的八个H面矩形喇叭天线在垂直于传播方向的平面上围成圆形阵列，该圆形阵列的半径R为圆形阵列的圆心到每个H面矩形喇叭天线的辐射中心连线，半径R的值为一个波长；
每个H面矩形喇叭天线的功率相同，且相邻天线元之间的相位差为22.5°，每个H面矩形喇叭天线辐射的电磁波在空间中进行矢量叠加，得到具有轨道角动量的电磁涡旋。
进一步，所述一分八径向波导功分器1由一个同轴波导11、匹配元件12和八个矩形波导13组成；其中矩形波导13在垂直于同轴波导11的方向呈辐射状放置，相邻矩形波导13角度相差45°；该匹配元件12为母线弯曲的圆台形结构，其上底面与同轴波导11的内导体连接，下底面与八个矩形波导13的交汇中心连接，信号从同轴波导11的输入端馈入，经过匹配元件12后平均分为八份进入八个对应的矩形波导13。
进一步，所述圆弧弯波导2，其内沿曲率半径为r1，外沿曲率半径为r2，r1与r2的差值与矩形波导13窄边长度相同，圆弧对应角度为90°，信号从圆弧弯波导2的输入端馈入，输出传播方向改变了90°的电磁波信号。
进一步，所述调相器3，由矩形波导31和金属螺钉32组成，金属螺钉32从矩形波导31外壁插入矩形波导31内部，通过调整金属螺钉32的插入深度实现对电磁波相位的调整。
进一步，所述扭波导4外形为一端不变，另一端以传输方向中心轴扭转90°而形成的拧状波导，其长度不小于工作波长的2倍，信号经过该扭波导4之后电磁波的极化方向旋转90°，传播方向不变。
进一步，所述H面矩形喇叭天线5由矩形波导51和矩形波导喇叭52连接而成，信号从矩形波导51进入，从矩形波导喇叭52辐射出。
本发明由于采用功率容量大，抗干扰能力强的圆弧弯波导和扭波导，因而基于波导结构设计的合成天线也具有功率容量大的优点；同时由于该天线辐射的电磁涡旋具有轨道角动量,其波前是连续变化的，相当于能在短时间内实现二维角度空间连续采样，故在照射目标时，相当于传统平面波从连续的多个角度入射目标，从而实现了目标特性空间分集的能力，提高了目标识别的性能。
附图说明
图1为现有雷达常采用的传统相控阵天线；
图2为本发明的三维结构图；
图3为图2的俯视图；
图4为本发明中的一分八径向波导功分器的三维结构图；
图5为图4的主视图；
图6为本发明中的圆弧弯波导三维结构图；
图7为图6的主视图；
图8为本发明中的调相器的三维结构图；
图9为本发明中的扭波导的三维结构图；
图10为本发明中的H面矩形喇叭天线的三维结构图；
图11为理想条件下电磁涡旋的辐射图形；
具体实施方式
参照图2和图3，本发明包括一分八径向波导功分器1和八路相同的信号传输与辐射单元，每一路信号传输与辐射单元的输入端与一分八径向波导功分器1的输出端对应连接；每一路信号传输与辐射单元由圆弧弯波导2、调相器3、扭波导4和H面矩形喇叭天线5依次连接组成，部件之间的连接方式采用波导连接器，或者在加工时将各段加工成一个整体。这八条通路沿轴向放置，在垂直于传输方向的平面上围成均匀的圆形阵列，该圆形阵列的半径R为圆心到H面矩形喇叭天线5的辐射中心连线，R值的大小为一个波长。
参考图4和图5，所述的一分八径向波导功分器1，包括同轴波导11，匹配元件12和八个矩形波导13。该同轴波导11垂直位于这八个矩形波导13的交汇中心，相邻矩形波导的角度相差45°；该匹配元件12为母线弯曲的圆台，其上底面与同轴波导11的内导体连接，下底面与八个矩形波导13的交汇中心连接，形成一体结构。
参考图7和图8，圆弧弯波导2，其内沿曲率半径为r1，外沿曲率半径为r2，r1与r2的差值与矩形波导13窄边长度相同，圆弧对应角度为90°；在加工时可在矩形波导中添加填充物，在机床上弯折90°得到圆弧弯波导2。
参考图9，调相器3，包括调相波导31和金属螺钉32，加工时可在调相波导31上钻带螺纹的孔，使用螺纹旋拧使金属螺钉32从调相波导31外壁插入调相波导31内部，通过旋拧金属螺钉32调节其插入调相波导31的深度来调节相位的变化。
参考图10，扭波导4，加工时可在矩形波导中添加填充物，在机床上固定一端，另一端旋转90°得到，扭波导的长度不小于工作波长的2倍。
参考图11，H面矩形喇叭天线5，包括矩形波导51和矩形波导喇叭52，其中矩形波导喇叭52外形由四个梯形金属板围绕而成，矩形波导51和矩形波导喇叭52为加工成的一体结构。
所述每一路信号传输与辐射单元的输入端与一分八径向波导功分器1的输出端连接方式采用波导连接器。
工作时，信号从一分八径向波导功分器1的同轴波导11端口输入，经过匹配元件12后平均分为八份进入八个对应的矩形波导13，每一路信号通过对应矩形波导传输后进入圆弧弯波导2，圆弧弯波导将每一路信号的传播方向改变90°后，再输出给调相器3进行相位的调整，通过调整调相器3中的金属螺钉32的旋入深度，使相邻两路中信号相位相差22.5°，即当第一个通路输出信号的相位为0时，顺时针或逆时针第二个通路输出信号的相位是在第一个通路的基础上加22.5°，即22.5°，第三个通路输出信号的相位是在第二个通路的基础上加22.5°，即45°，第四个通路输出信号的相位是在第三个通路的基础上加22.5°，即67.5°，以此类推第五、六、七、八个通路输出信号相位分别为为90°、112.5°、135°、157.5°，经过相位调整的信号从调相器3输出后进入扭波导4，扭波导4将信号的极化方向改变90°后输出给H面矩形喇叭天线5，H面矩形喇叭天线5将信号辐射到空间中。由于八个H面矩形喇叭天线5辐射出的电磁波功率大小相同、相邻相位差为22.5°，因此这些电磁波在空间中的矢量叠加形成具有轨道角动量的电磁涡旋，如图11所述，该电磁波的波前是连续变化的，相当于能在短时间内实现二维角度空间连续采样，故在照射目标时，相当于传统平面波从连续的多个角度入射目标，从而实现了目标特性空间分集的能力，提高了目标识别的性能。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，显然对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于角相特性的高功率电磁涡旋H面合成天线，包括一分八径向波导功分器(1)和八路相同的信号传输与辐射单元，每一路信号传输与辐射单元的输入端与一分八径向波导功分器(1)的输出端对应连接；
每一路信号传输与辐射单元由圆弧弯波导(2)、调相器(3)、扭波导(4)和H面矩形喇叭天线(5)依次连接组成，其特征在于：
八路相同的信号传输与辐射单元在垂直于传播方向的平面上围成均匀圆形阵列，该圆形阵列的半径R为圆形阵列的圆心到每个H面矩形喇叭天线的辐射中心连线，半径R的值为一个波长；
每个H面矩形喇叭天线的功率相同，且相邻天线元之间的相位差为22.5°，每个H面矩形喇叭天线辐射的电磁波在空间中进行矢量叠加，得到具有轨道角动量的电磁涡旋。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于一分八径向波导功分器(1)由一个同轴波导(11)、匹配元件(12)和八个矩形波导(13)组成；其中矩形波导(13)在垂直于同轴波导(11)的方向呈辐射状放置，相邻矩形波导角度相差45°；该匹配元件(12)为母线弯曲的圆台形结构，其上底面与同轴波导(11)的内导体连接，下底面与八个矩形波导(13)的交汇中心连接，信号从同轴波导(11)的输入端馈入，经过匹配元件(12)后平均分为八份进入八个对应的矩形波导(13)。
3.如权利要求2所述的天线，其特征在于圆弧弯波导(2)，其内沿曲率半径为r1，外沿曲率半径为r2，r1与r2的差值与矩形波导(13)窄边长度相同，圆弧对应角度为90°，信号从圆弧弯波导2的输入端馈入，输出传播方向改变了90°的电磁波信号。
4.如权利要求1所述的天线，其特征在于调相器(3)，由矩形波导(31)和金属螺钉(32)组成，金属螺钉(32)从矩形波导(31)外壁插入矩形波导(31)内部，通过调整金属螺钉(32)的插入深度实现对电磁波相位的调整。
5.如权利要求1所述的天线，其特征在于扭波导(4)外形为一端不变，另一端以传输方向中心轴扭转90°而形成的拧状波导，其长度不小于工作波长的2倍，信号经过该扭波导(4)之后电磁波的极化方向旋转90°，传播方向不变。
6.如权利要求1所述的天线，其特征在于H面矩形喇叭天线(5)由矩形波导(51)和矩形波导喇叭(52)连接而成，信号从矩形波导(51)进入，从矩形波导喇叭(52)辐射出。
CN201611087738.1A 2016-12-01 2016-12-01 基于角相特性的高功率电磁涡旋h面合成天线 Active CN106602283B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611087738.1A CN106602283B (zh) 2016-12-01 2016-12-01 基于角相特性的高功率电磁涡旋h面合成天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611087738.1A CN106602283B (zh) 2016-12-01 2016-12-01 基于角相特性的高功率电磁涡旋h面合成天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106602283A CN106602283A (zh) 2017-04-26
CN106602283B true CN106602283B (zh) 2019-11-26

Family

ID=58594562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611087738.1A Active CN106602283B (zh) 2016-12-01 2016-12-01 基于角相特性的高功率电磁涡旋h面合成天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106602283B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110426707B (zh) * 2019-08-12 2021-05-07 中国人民解放军国防科技大学 基于轨道角动量的涡旋sar成像方法及成像系统
CN111740223B (zh) * 2020-07-06 2021-05-28 中国科学院成都生物研究所 一种合成高轨道角动量模式数的涡旋电磁场的方法
CN113161764A (zh) * 2021-03-25 2021-07-23 西安电子科技大学 一种高功率的可变倾角连续断面节阵列天线

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104885302A (zh) * 2012-12-26 2015-09-02 华为技术有限公司 用于生成电磁波束的方法和装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104885302A (zh) * 2012-12-26 2015-09-02 华为技术有限公司 用于生成电磁波束的方法和装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Uniformly circular-arrayed OAM mode antenna with radial power divider;M.S. KANG等;《2016 International Conference on Information and Communication Technology Convergence (ICTC)》;20161021;第1026-1028页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106602283A (zh) 2017-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10539656B2 (en) Antenna and radar system that include a polarization-rotating layer
US9899746B2 (en) Electronically steerable single helix/spiral antenna
Demmerle et al. A biconical multibeam antenna for space-division multiple access
CN106450738B (zh) 高增益双圆极化平板天线
WO2018094660A1 (zh) 天线组件及无人飞行器
US10784590B2 (en) Ultra-wide bandwidth frequency-independent circularly polarized array antenna
CN110970732B (zh) 一种18-40GHz低副瓣双极化喇叭天线
CN106602283B (zh) 基于角相特性的高功率电磁涡旋h面合成天线
CN105490022B (zh) 多通道紧缩场馈源
CN104064875A (zh) 一种波导型的w波段圆极化喇叭天线
CN105789908B (zh) 一种新型圆极化或双圆极化柱面龙伯透镜天线
CN106129593A (zh) 一种二维宽角度扫描的全金属相控阵雷达天线单元
KR20100113347A (ko) 초고주파수 대역 레이더를 위한 직렬 급전 배열 안테나
CN105161862B (zh) 一种一体化六频段多用途复合馈源
US9136607B2 (en) Antenna beam steering through waveguide mode mixing
US10665961B1 (en) Dual mode array antenna
CN203536570U (zh) 一种宽波束圆极化相控阵天线
CN207753168U (zh) 一种加载超材料的圆极化喇叭天线
CN104051857A (zh) 一种新型的小口径圆极化高效单元
CN102820527B (zh) 一种雷达天线以及雷达系统
CN102820526B (zh) 一种雷达天线以及雷达系统
CN109473772B (zh) 双极化超宽带天线
CN201498599U (zh) 多模单脉冲天线
CN201285802Y (zh) X波段双偏振雷达天线
CN104901007A (zh) 一种槽耦合圆极化微带天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210127

Address after: 215316 no.1689-5 Zizhu Road, Yushan Town, Kunshan City, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: KUNSHAN RUIXIANG XUNTONG COMMUNICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 710071 Taibai South Road, Yanta District, Xi'an, Shaanxi Province, No. 2

Patentee before: XIDIAN University

TR01 Transfer of patent right
CP03 Change of name, title or address

Address after: 215300 Room 009, No. 55, Shengchuang Road, Yushan Town, Kunshan, Suzhou, Jiangsu Province

Patentee after: KUNSHAN RUIXIANG XUNTONG COMMUNICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: 215316 no.1689-5 Zizhu Road, Yushan Town, Kunshan City, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee before: KUNSHAN RUIXIANG XUNTONG COMMUNICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Country or region before: China

CP03 Change of name, title or address