CN111029793A - 一种高频率敏感度频扫天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频率敏感度频扫天线，包括：第一射频开关、第二射频开关、第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、3dB耦合器和频扫天线阵列，其中频扫天线阵列包括第一行波阵列和第二行波阵列，馈电端口通过第一射频开关连接第一输入端口和第二输入端口，第一输入端口和第二输入端口连接3dB耦合器的输入端，3dB耦合器的两个输出端分别连接第一行波阵列和第二行波阵列，第一行波阵列、第二行波阵列的另一端分别连接第三输入端口、第四输入端口，第三输入端口和第四输入端口通过第二射频开关连接馈电端口。

Description

一种高频率敏感度频扫天线
技术领域
本发明属于频率扫描天线阵列，特别是一种低损耗、高频率敏感度频扫天线。
背景技术
当前，电扫描天线克服了传统的机械扫描中扫描速度慢的特点，目前已在雷达、通信、移动电视等军用和民用领域有着广泛的应用，并且得到了快速发展。频率扫描天线作为电扫描天线的一种，因其结构简单、可靠性高，实现成本低而受到关注。漏波天线是一种比较常见的频率扫描天线,它属于行波天线,具有良好的频率扫描特性和方向性。
传统意义上的漏波天线在其导波结构上引入周期性的单元，当扫描波束接近法线方向时，由于阻抗失配会引起反射波不断进行同相叠加，使得周期结构的衰减常数显著増大，从而形成一段阻带，仅能实现除法线方向的后向到前向的波束扫描，造成频率的不连续性。对于漏波天线来说，当需要很大扫描角的时候，则需要很大的频率范围，频率敏感度很低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高频率敏感度频扫天线。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种高频率敏感度频扫天线，包括：第一射频开关、第二射频开关、第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、3dB耦合器和频扫天线阵列，其中频扫天线阵列包括第一行波阵列和第二行波阵列，馈电端口通过第一射频开关连接第一输入端口和第二输入端口，第一输入端口和第二输入端口连接3dB耦合器的输入端，3dB耦合器的两个输出端分别连接第一行波阵列和第二行波阵列，第一行波阵列、第二行波阵列的另一端分别连接第三输入端口、第四输入端口，第三输入端口和第四输入端口通过第二射频开关连接馈电端口。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：通过射频开关切换，控制两个紧密布置的行波天线分别工作或同时工作，实现了漏波天线正向扫描，避免了漏波天线由于阻抗失配导致了频率不连续性，并且提升了阵列波束角度对频率变化敏感度，仅需占用一半左右的频带宽度，即可完成相同角度范围的波束扫描。
附图说明
图1是本发明高频率敏感度频扫天线的结构示意图。
图2是第一行波阵列的结构图。
图3是第二行波阵列的结构图。
图4第一行波阵列与第二行波阵列中辐射单元摆放示意图。
图5是不同输入端口馈电时所对应的波束扫描范围示意图。
图6是基于基片集成波导的高频率敏感度频扫天线结构示意图。
图7是第一输入端口馈电时对应的波束扫描范围。
图8是第三输入端口馈电时对应的波束扫描范围。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明方案。
本发明提供了一种高频率敏感度频扫天线，包括：第一射频开关1、第二射频开关2、第一输入端口3、第二输入端口4、第三输入端口5、第四输入端口6、3dB耦合器10和频扫天线阵列，其中频扫天线阵列包括第一行波阵列8和第二行波阵列9，馈电端口通过第一射频开关1连接第一输入端口3和第二输入端口4，第一输入端口3和第二输入端口4连接3dB耦合器10的输入端，3dB耦合器10的两个输出端分别连接第一行波阵列8和第二行波阵列9，第一行波阵列8、第二行波阵列9的另一端分别连接第三输入端口5、第四输入端口6，第三输入端口5和第四输入端口6通过第二射频开关2连接馈电端口。馈电端口发出射频信号，可以通过第一射频开关1给第一输入端口3或第二输入端口4馈电，激励由第一输入端口3或第二输入端口4经过3dB耦合器10被分成相位差为90°的两个相等的部分，一路经过第一行波阵列8给第一行波阵列8上N个辐射单元馈电，另一路经过第二行波阵列9给第二行波阵列9上N个辐射单元馈电，也可以通过第二射频开关2单独给两路子阵中的一路馈电，一路经过第一行波阵列8给第一行波阵列8上的N个辐射单元馈电，另一路经过第二行波阵列9给第二行波阵列9上的N个辐射单元馈电。
进一步的，所述第一行波阵列和第二行波阵列为周期辐射单元结构，第一行波阵列的辐射单元与第二行波阵列辐射单元结构相同、数量一致、位置相互正交。
进一步的，所述第一行波阵列和第二行波阵列中相邻辐射单元间距为ds＝λ/2，其中λ为天线中心频率所对应的波长。
进一步的，所述第一行波阵列的辐射单元与第二行波阵列的辐射单元交错设置，第一行波阵列中辐射单元与第二行波阵列中相邻辐射单元的间距为ds＝λ/4，其中λ为天线中心频率所对应的波长。
进一步的，所述3dB耦合器的两个输出端等功分，分别与输入端的相位差–90°和+90°。
与使用相同波导长度的传统阵列相比，本发明通过射频开关切换，控制两个紧密布置的行波天线分别工作或同时工作，当第一输入端口或第二输入端口输入时，第一行波天线与第二行波天线同时工作，两者辐射单元正交叠加形成了圆极化天线，从而实现了漏波天线正向扫描，并避免了漏波天线由于阻抗失配导致了频率不连续性。此外，由于两个工作方式工作频率相同但分别对应不同的波束扫描范围，实现了阵列波束角度对频率变化敏感度的提升，仅需占用一半左右的频带宽度，即可完成相同角度范围的波束扫描，即频率敏感度可以实现成倍提高。
实施例
为了验证本发明方案的有效性，进行如下仿真实验，设计中心频率为f0＝36G，工作频率范围为33G～39G的频扫天线。天线的基本参数选择如下：第一行波阵列8与第二行波阵列9采用基片集成波导缝隙阵列，辐射单元采用椭圆缝隙，频扫天线中阵元的数目取N＝16，相邻辐射单元间距ds＝λ/2＝5mm。
当第一射频开关1对第一输入端口3馈电时，所得波束扫描范围如图4所示，由图可知，33G～39G所对用的扫描角范围为-25°～0°。当第二射频开关2对第三输入端口5馈电时，所得波束扫描范围如图5所示，由图可知，33G～39G所对用的扫描角范围为25°～0°。
综上所述，本发明在33G～39G连续的频段下完成了-25°～25°的频率扫描范围，避免了漏波天线由于阻抗失配会引起反射波不断进行同相叠加形成的一段阻带，实现了频率连续性，并完成了正向扫描。此外，本发明只用了6G的频段范围就完成了-25°～25°的频率扫描范围，若使用传统漏波天线，要完成-25°～25°的频率扫描范围，则需使用12G左右的频率范围。本发明仅需占用一半左右的频带宽度，即可完成相同角度范围的波束扫描，即频率敏感度可以实现成倍提高。

Claims (5)

1.一种高频率敏感度频扫天线，其特征在于，包括：第一射频开关(1)、第二射频开关(2)、第一输入端口(3)、第二输入端口(4)、第三输入端口(5)、第四输入端口(6)、3dB耦合器(10)和频扫天线阵列，其中频扫天线阵列包括第一行波阵列(8)和第二行波阵列(9)，馈电端口通过第一射频开关(1)连接第一输入端口(3)和第二输入端口(4)，第一输入端口(3)和第二输入端口(4)连接3dB耦合器(10)的输入端，3dB耦合器(10)的两个输出端分别连接第一行波阵列(8)和第二行波阵列(9)，第一行波阵列(8)、第二行波阵列(9)的另一端分别连接第三输入端口(5)、第四输入端口(6)，第三输入端口(5)和第四输入端口(6)通过第二射频开关(2)连接馈电端口。
2.根据权利要求1所述的高频率敏感度频扫天线，其特征在于，所述第一行波阵列(8)和第二行波阵列(9)为周期辐射单元结构，第一行波阵列(8)的辐射单元与第二行波阵列(9)辐射单元结构相同、数量一致、位置相互正交。
3.根据权利要求2所述的高频率敏感度频扫天线，其特征在于，所述第一行波阵列(8)和第二行波阵列(9)中相邻辐射单元间距为ds＝λ/2，其中λ为天线中心频率所对应的波长。
4.根据权利要求2所述的高频率敏感度频扫天线，其特征在于，所述第一行波阵列(8)的辐射单元与第二行波阵列(9)的辐射单元交错设置，第一行波阵列(8)中辐射单元与第二行波阵列(9)中相邻辐射单元的间距为ds＝λ/4，其中λ为天线中心频率所对应的波长。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的高频率敏感度频扫天线，其特征在于，所述3dB耦合器(10)的两个输出端等功分，分别与输入端的相位差–90°和+90°。
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