CN109786968B - 一种可调扇形波束victs阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可调扇形波束VICTS阵列天线，所述VICTS阵列天线主要由天线部分和调节机构组成，所述天线部分包括CTS阵列（1）、慢波结构（2）和波导功分器（3），波导功分器（3）将TE10模电磁信号转化为准TEM信号，通过慢波结构（2）向CTS阵列（1）提供等相位馈电，所述CTS阵列（1）由4个辐射横向枝节组成，形成扇形波束电磁波，当CTS阵列（1）相对于慢波结构（2）旋转时，波束将偏离Z轴方向，实现扇形波束可调。本发明采用齿轮机构（8）对扇形波束阵列天线的辐射角度进行调节，基于齿轮机构（8）的紧凑型和快速性，本发明具有快速调节的特点，并且可以在任何射频/微波频带实现。

Description

一种可调扇形波束VICTS阵列天线
技术领域
本发明涉及阵列天线技术，具体涉及一种可调扇形波束VICTS阵列天线。
背景技术
雷达是一种应用电磁波探测目标距离、速度和方向的技术，在民用和军用领域均有大量应用，雷达系统可向目标发射电磁波，并接收从目标来的入射回波，然后通过对比发射和接收信号进行信号处理，从而判断目标距离、速度和方向。在雷达系统中，天线是发射和接收电磁信号的关键部件，根据不同的应用需求和目标，在雷达系统中可选用不同的阵列天线技术，传统抛物面天线由于其高效率和良好的方向图特性常常被选用，但是，抛物面天线也存在体积大、重量和成本高的缺点，为了减小尺寸和降低成本，其他天线技术，如微带和缝隙阵天线，已被用于雷达系统中，不过，由于其基板损耗和谐振结构特性，微带阵列天线具有带宽窄、损耗高的缺点；缝隙阵列天线也是如此，近来，连续横向枝节（CTS），亦可称作平板无源相控阵（FPPA），由于其在结构和性能上的特殊优势，已被成功应用于通信系统，FPPA具有诸多优点，如体积小、重量轻、低剖面、损耗低、效率高和机械容差性高，此外，相比许多基于谐振结构的天线，如微带和缝隙的阵列天线，CTS或FPPA天线的行波结构特性，使其提供了非常宽的带宽以及高极化隔离度，目前CTS（或FPPA）阵列天线主要被设计用于在卫星通信领域中发射和接收笔状波束， 其笔状波束角度调整范围大但调整速度慢，为了拓宽CTS（或FPPA）阵列天线的在SAR（合成口径雷达）和安防领域的应用，利用CTS（或FPPA）阵列天线的优势，天线的波束形状和扫描的速度需要相应的改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可调扇形波束VICTS 阵列天线。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种可调扇形波束VICTS 阵列天线，主要由天线部分和调节机构组成，所述天线部分包括CTS阵列（1）、慢波结构（2）和波导功分器（3），波导功分器（3）将TE10模电磁信号转化为准TEM信号，通过慢波结构（2）向CTS阵列（1）提供等相位馈电，所述CTS阵列（1）由4个辐射横向枝节组成，形成扇形波束电磁波，当CTS阵列（1）相对于慢波结构（2）旋转时，波束将偏离Z轴方向，实现扇形波束可调。
进一步地，所述波导功分器（3）将矩形波导中的TE10 波转换为平行板波导中的准TEM波。
进一步地，所述可调扇形波束VICTS 阵列天线，包括CTS天线盘（4）、激励源盘（5）和支撑平台（6），所述CTS阵列（1）固定在CTS天线盘（4）上，所述慢波结构（2）和波导功分器（3）固定在激励源盘（5）上，激励源盘（5）置于支撑平台（6）上；所述调节机构包括马达（7）、齿轮机构（8）和锁销装置（9），所述齿轮机构（8）固定在马达（7）输出转轴上，所述CTS天线盘（4）上设有与齿轮机构（8）相配合的转齿以及与齿轮机构（8）相配合的销孔，所述锁销装置（9）固定在激励源盘（5）上，所述锁销装置（9）的锁销下降时，齿轮机构（8）带动CTS天线盘（4）旋转，实现天线俯仰面指向调整，当锁销上升，锁销插入销孔，齿轮机构（8）带动CTS天线盘（4）和激励源盘（5）一同旋转，实现天线辐射波束方位面指向调整。
进一步地，所述CTS天线盘（4）和激励源盘（5）之间的电磁传播方式为空气介质。
本发明具有以下优点：
1、引入了紧凑齿轮机械旋转系统的调节机构，可在紧凑雷达系统中实现快速调节；
2、本发明还具有低成本、低剖面、低损耗、宽工作频带和对尺寸容差不敏感的优点。
附图说明
图1 为CTS 天线盘结构示意图；
图2 为本发明结构示意图；
图3 为增益图；
图4 为仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种可调扇形波束VICTS 阵列天线，主要由天线部分和调节机构组成，所述天线部分包括CTS阵列（1）、慢波结构（2）和波导功分器（3），波导功分器（3）将TE10模电磁信号转化为准TEM信号，通过慢波结构（2）向CTS阵列（1）提供等相位馈电，所述CTS阵列（1）由4个辐射横向枝节组成，形成扇形波束电磁波，当CTS阵列（1）相对于慢波结构（2）旋转时，波束将偏离Z轴方向，实现扇形波束可调。
进一步地，所述波导功分器（3）将矩形波导中的TE10 波转换为平行板波导中的准TEM波。
如图2 所示，一种可调扇形波束VICTS 阵列天线，包括CTS天线盘（4）、激励源盘（5）和支撑平台（6），所述CTS阵列（1）固定在CTS天线盘（4）上，所述慢波结构（2）和波导功分器（3）固定在激励源盘（5）上，激励源盘（5）置于支撑平台（6）上；所述调节机构包括马达（7）、齿轮机构（8）和锁销装置（9），所述齿轮机构（8）固定在马达（7）输出转轴上，所述CTS天线盘（4）上设有与齿轮机构（8）相配合的转齿以及与齿轮机构（8）相配合的销孔，所述锁销装置（9）固定在激励源盘（5）上，所述锁销装置（9）的锁销下降时，齿轮机构（8）带动CTS天线盘（4）旋转，实现天线俯仰面指向调整，当锁销上升，锁销插入销孔，齿轮机构（8）带动CTS天线盘（4）和激励源盘（5）一同旋转，实现天线辐射波束方位面指向调整。
进一步地，所述CTS天线盘（4）和激励源盘（5）之间的电磁传播方式为空气介质。
进一步地，作为例证，设计一个K 频段的可调扇形波束VICTS 阵列天线，当横向枝节阵列的枝节平行于慢波结构（2）的凹槽时，波束指向垂直于慢波结构（2）层的平面的Z轴方向，当柱形底层绕Z轴旋转，CTS枝节与慢波结构（2）凹槽之间的夹角T 增加，扇形波束将偏离Z轴方向，俯仰角theta 改变，当T=0°时，3dB波束宽度分别为16°（phi=0°）和4°（phi=90°）。当T=30°时，波束指向大约theta=38.5°，增益约24dBi。
如图3所示，为扇形波束在phi=0°和phi=90°的3D辐射方向图。
如图4所示，展示了不同T角下，可调扇形波束CTS阵列（1）天线的仿真3D辐射方向图，当T角增加时，波束指向远离Z轴方向，俯仰角theta 改变。
进一步地，根据阵列天线所需的可调范围，最大T角在40°附近，因此，在保持增益不变的情况下，慢波层和CTS层可以进一步优化使的可调扇形波束CTS阵列（1）天线尺寸更小，效率更高。
以上所揭露的仅为本发明实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1. 一种可调扇形波束VICTS 阵列天线，其特征在于：所述VICTS 阵列天线主要由天线部分和调节机构组成，所述天线部分包括CTS阵列（1）、慢波结构（2）和波导功分器（3），波导功分器（3）将TE10模电磁信号转化为准TEM信号，通过慢波结构（2）向CTS阵列（1）提供等相位馈电，所述CTS阵列（1）由4个辐射横向枝节组成，形成扇形波束电磁波，当CTS阵列（1）相对于慢波结构（2）旋转时，波束将偏离Z轴方向，实现扇形波束可调；
还包括CTS天线盘（4）、激励源盘（5）和支撑平台（6），所述CTS阵列（1）固定在CTS天线盘（4）上，所述慢波结构（2）和波导功分器（3）固定在激励源盘（5）上，激励源盘（5）置于支撑平台（6）上；所述调节机构包括马达（7）、齿轮机构（8）和锁销装置（9），所述齿轮机构（8）固定在马达（7）输出转轴上，所述CTS天线盘（4）上设有与齿轮机构（8）相配合的转齿以及与齿轮机构（8）相配合的销孔，所述锁销装置（9）固定在激励源盘（5）上，所述锁销装置（9）的锁销下降时，齿轮机构（8）带动CTS天线盘（4）旋转，实现天线俯仰面指向调整，当锁销上升，锁销插入销孔，齿轮机构（8）带动CTS天线盘（4）和激励源盘（5）一同旋转，实现天线辐射波束方位面指向调整。
2. 根据权利要求1所述的一种可调扇形波束VICTS 阵列天线，其特征在于：所述CTS天线盘（4）和激励源盘（5）之间的电磁传播方式为空气介质。
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