CN108767475B - 一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构 - Google Patents

一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于雷达天线技术领域，具体地讲涉及一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构，包括依次设置且轴线相互平行的馈电单元、初级辐射单元、移相单元和次级辐射单元；所述馈电单元和初级辐射单元所在的空腔相互连通，且馈电单元与初级辐射单元同轴设置；所述移相单元与次级辐射单元同轴设置；所述初级辐射单元和移相单元的相接处，初级辐射单元的相接处的端面区域沿其轴线方向的投影位于移相单元的相接处的端面区域内，且初级辐射单元与移相单元非同轴设置；所述初级辐射单元的相接处的端面区域和移相单元的相接处的端面区域的重叠部分呈贯通状。本发明的赋形结构简单、降低了赋形的实现难度，能够实现较好的赋形效果。

Description

一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构
技术领域
本发明属于雷达天线技术领域，具体地讲涉及一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构。
背景技术
随着阵列天线技术在通信、雷达等领域内的迅速发展，为提高天线的有效性能，天线方向图赋形成为雷达技术发展的一个重要领域。
在实际应用中，传统的赋形结构以及通过网络幅相加权的结构，虽然能够实现比较理想的赋形效果，但结构复杂，实现起来难度较大。因此，提供一种结构简单、较易实现的赋形结构是目前亟待解决的问题。
发明内容
根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构，其结构简单、降低了赋形的实现难度，能够实现较好的赋形效果。
本发明采用以下技术方案：
一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构，包括依次设置且轴线相互平行的馈电单元、初级辐射单元、移相单元和次级辐射单元；所述馈电单元和初级辐射单元所在的空腔相互连通，且馈电单元与初级辐射单元同轴设置；所述移相单元与次级辐射单元同轴设置；所述初级辐射单元和移相单元的相接处，初级辐射单元的相接处的端面区域沿其轴线方向的投影位于移相单元的相接处的端面区域内，且初级辐射单元与移相单元非同轴设置；所述初级辐射单元的相接处的端面区域和移相单元的相接处的端面区域的重叠部分呈贯通状。
优选的，所述初级辐射单元和移相单元的相接处，所述移相单元在其与初级辐射单元的重叠区域之外的端面区域呈开口状。
进一步优选的，所述初级辐射单元的端面区域高度为移相段高度H，初级辐射单元的端面区域最高点与移相单元的端面区域的最高点的距离为上台阶变换段高度h1，初级辐射单元的端面区域最低点与移相单元的端面区域的最低点的距离为下台阶变换段高度h2，所述移相段高度H、上台阶变换段高度h1、下台阶变换段高度h2的大小均可调节。
优选的，所述初级辐射单元由馈电单元到移相单元呈扩口状；所述次级辐射单元由靠近移相单元到远离移相单元的方向呈扩口状。
进一步优选的，所述次级辐射单元采用中空的翼板形式，其包括分别与移相单元相连接的翼板Ⅰ和翼板Ⅱ；所述翼板Ⅰ设置在移相单元的最高处，翼板Ⅱ设置在移相单元的最低处，翼板Ⅰ与翼板Ⅱ的板面相对且对称设置；所述翼板Ⅰ和翼板Ⅱ由靠近移相单元到远离移相单元的方向均呈外扩状。
进一步优选的，所述次级辐射单元采用分立的腔体形式，其包括分别与移相单元相连接的翼板Ⅰ和翼板Ⅱ；所述翼板Ⅰ设置在移相单元的最高处，翼板Ⅱ设置在移相单元的最低处，翼板Ⅰ与翼板Ⅱ的板面相对且对称设置；所述翼板Ⅰ和翼板Ⅱ由靠近移相单元到远离移相单元的方向均呈外扩状；所述翼板Ⅰ和翼板Ⅱ同一侧端分别通过侧板Ⅰ和侧板Ⅱ固定连接。
优选的，所述馈电单元采用微带传输线、波导传输线、带状传输线和共面集成波导中的任一种；所述初级辐射单元采用波导裂缝、喇叭天线、印制阵子天线中的任一种。
本发明的有益效果在于：
1)本发明的赋形结构通过传输线的本征模及本征模式的矢量叠加的结构方式来实现。所述初级辐射单元和移相单元的相接处，初级辐射单元的相接处的端面区域沿其轴线方向的投影位于移相单元的相接处的端面区域内，且初级辐射单元与移相单元非同轴设置，造成初级辐射单元和移相单元结构上的不连续，再通过调节移相段高度H、上台阶变换段高度h1、下台阶变换段高度h2的大小，来控制所需要波导模式的幅度，进而实现天线辐射方向图赋形的目的。本发明的赋形结构简单，赋形的实现难度低，能够实现较好的赋形效果。
附图说明
图1为本发明采用分立的腔体形式的赋形结构的示意图。
图2为本发明采用中空的翼板形式的赋形结构的示意图。
图3a为本发明的上台阶变换段高度h1为0时的赋形结构的示意图。
图3b为本发明的移相段高度H、上台阶变换段高度h1、下台阶变换段高度h2的标注示意图。
图3c为本发明的下台阶变换段高度h2为0时的赋形结构的示意图。
图4为未赋形之前的天线方向频率图。
图5为通过理论分析的本发明的赋形结构能实现的辐射方向图。
图6为通过暗室测试得到的本发明的赋形结构的辐射方向图。
附图标记：1-馈电单元，2-初级辐射单元，3-移相单元，4-次级辐射单元，41-翼板Ⅰ，42-翼板Ⅱ，43-侧板Ⅰ，44-侧板Ⅱ。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构，包括依次设置且轴线相互平行的馈电单元1、初级辐射单元2、移相单元3和次级辐射单元4；所述馈电单元1和初级辐射单元2所在的空腔相互连通，且馈电单元1与初级辐射单元2同轴设置；所述移相单元3与次级辐射单元4同轴设置；所述初级辐射单元2和移相单元3的相接处，初级辐射单元2的相接处的端面区域沿其轴线方向的投影位于移相单元3的相接处的端面区域内，且初级辐射单元2与移相单元3非同轴设置；所述初级辐射单元2的相接处的端面区域和移相单元3的相接处的端面区域的重叠部分呈贯通状。
如图3a、图3b、图3c所示，所述初级辐射单元2和移相单元3的相接处，所述移相单元3在其与初级辐射单元2的重叠区域之外的端面区域呈开口状，即图3a中的A处、图3b中的B和C处、图3c的D处呈开口状。
本发明的赋形结构正常使用时，如图3a、图3b、图3c所示的位置设置。所述初级辐射单元2的端面区域高度为移相段高度H，初级辐射单元2的端面区域最高点与移相单元3的端面区域的最高点的距离为上台阶变换段高度h1，初级辐射单元2的端面区域最低点与移相单元3的端面区域的最低点的距离为下台阶变换段高度h2，所述移相段高度H、上台阶变换段高度h1、下台阶变换段高度h2的大小均可调节.
所述初级辐射单元2由馈电单元1到移相单元3呈扩口状；所述次级辐射单元4由靠近移相单元3到远离移相单元3的方向呈扩口状。
如图2所示，所述次级辐射单元4采用中空的翼板形式，其包括分别与移相单元3相连接的翼板Ⅰ41和翼板Ⅱ42；所述翼板Ⅰ41设置在移相单元3的最高处，翼板Ⅱ42设置在移相单元3的最低处，翼板Ⅰ41与翼板Ⅱ42的板面相对且对称设置；所述翼板Ⅰ41和翼板Ⅱ42由靠近移相单元3到远离移相单元3的方向均呈外扩状。
如图1所示，所述次级辐射单元4采用分立的腔体形式，其包括分别与移相单元3相连接的翼板Ⅰ41和翼板Ⅱ42；所述翼板Ⅰ41设置在移相单元3的最高处，翼板Ⅱ42设置在移相单元3的最低处，翼板Ⅰ41与翼板Ⅱ42的板面相对且对称设置；所述翼板Ⅰ41和翼板Ⅱ42由靠近移相单元3到远离移相单元3的方向均呈外扩状；所述翼板Ⅰ41和翼板Ⅱ42同一侧端分别通过侧板Ⅰ43和侧板Ⅱ44固定连接。
所述馈电单元1采用微带传输线、波导传输线、带状传输线和共面集成波导中的任一种；所述初级辐射单元2采用波导裂缝、喇叭天线、印制阵子天线中的任一种。
下面通过附图来说明本发明的赋形结构的赋形效果。
如图4所示，图4为未赋形之前的天线方向频率图。由图4可得，未赋形之前的天线方向频率图关于天线角度0°呈对称状。
如图5所示，图5为基于本发明的赋形结构，通过理论分析得到的可实现方向图。如图6所示，图6为在微波暗室环境中通过实验测试得到的方向图。由图5、图6可得，虽然理论分析得到的方向图与实验测试得到的方向图有小许差别，但是总体还是一致的，天线在其赋形区域未出现方向图零点，达到了预期效果赋形，满足天线设计要求。
综上所述，本发明提供了一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构，其结构简单、降低了赋形的实现难度，能够实现较好的赋形效果。

Claims (5)

1.一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构，其特征在于：包括依次设置且轴线相互平行的馈电单元(1)、初级辐射单元(2)、移相单元(3)和次级辐射单元(4)；所述馈电单元(1)和初级辐射单元(2)所在的空腔相互连通，且馈电单元(1)与初级辐射单元(2)同轴设置；所述移相单元(3)与次级辐射单元(4)同轴设置；所述初级辐射单元(2)和移相单元(3)的相接处，初级辐射单元(2)的相接处的端面区域沿其轴线方向的投影位于移相单元(3)的相接处的端面区域内，且初级辐射单元(2)与移相单元(3)非同轴设置；所述初级辐射单元(2)的相接处的端面区域和移相单元(3)的相接处的端面区域的重叠部分呈贯通状；
所述初级辐射单元(2)和移相单元(3)的相接处，所述移相单元(3)在其与初级辐射单元(2)的重叠区域之外的端面区域呈开口状；
所述初级辐射单元(2)的端面区域高度为移相段高度H，初级辐射单元(2)的端面区域最高点与移相单元(3)的端面区域的最高点的距离为上台阶变换段高度h1，初级辐射单元(2)的端面区域最低点与移相单元(3)的端面区域的最低点的距离为下台阶变换段高度h2，所述移相段高度H、上台阶变换段高度h1、下台阶变换段高度h2的大小均可调节。
2.根据权利要求1所述的一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构，其特征在于：所述初级辐射单元(2)由馈电单元(1)到移相单元(3)呈扩口状；所述次级辐射单元(4)由靠近移相单元(3)到远离移相单元(3)的方向呈扩口状。
3.根据权利要求2所述的一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构，其特征在于：所述次级辐射单元(4)采用中空的翼板形式，其包括分别与移相单元(3)相连接的翼板Ⅰ(41)和翼板Ⅱ(42)；所述翼板Ⅰ(41)设置在移相单元(3)的最高处，翼板Ⅱ(42)设置在移相单元(3)的最低处，翼板Ⅰ(41)与翼板Ⅱ(42)的板面相对且对称设置；所述翼板Ⅰ(41)和翼板Ⅱ(42)由靠近移相单元(3)到远离移相单元(3)的方向均呈外扩状。
4.根据权利要求2所述的一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构，其特征在于：所述次级辐射单元(4)采用分立的腔体形式，其包括分别与移相单元(3)相连接的翼板Ⅰ(41)和翼板Ⅱ(42)；所述翼板Ⅰ(41)设置在移相单元(3)的最高处，翼板Ⅱ(42)设置在移相单元(3)的最低处，翼板Ⅰ(41)与翼板Ⅱ(42)的板面相对且对称设置；所述翼板Ⅰ(41)和翼板Ⅱ(42)由靠近移相单元(3)到远离移相单元(3)的方向均呈外扩状；所述翼板Ⅰ(41)和翼板Ⅱ(42)同一侧端分别通过侧板Ⅰ(43)和侧板Ⅱ(44)固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于台阶变换的天线方向图赋形结构，其特征在于：所述馈电单元(1)采用微带传输线、波导传输线、带状传输线和共面集成波导中的任一种；所述初级辐射单元(2)采用波导裂缝、喇叭天线、印制阵子天线中的任一种。
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