CN111541021B - 一种双极化波导馈电的阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双极化波导馈电的阵列天线,包括:水平极化辐射波导,沿水平方向阵列排开;垂直极化辐射波导,沿水平方向阵列排开于水平极化辐射波导的下方;水平极化辐射波导上表面与垂直极化辐射波导的第一端形成平面阵列;紧凑型和差网络,设置于平面阵列中心位置的上方,与水平极化辐射波导连接;分布式和差网络,设置于紧凑型和差网络的外周,与垂直极化辐射波导连接,且与紧凑型和差网络位于同一层面。此发明解决了传统波导馈电网络的阵列天线厚度大、隔离度低的问题,采用紧凑型和差网络与分布式和差网络的馈电结构,实现了围绕天线中心的两路和差网络,实现了阵列天线的高隔离度和结构稳固性,保证了高的实用性和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及波导天线技术领域,具体涉及一种双极化波导馈电的阵列天线。
背景技术
随着对雷达导引头的探测精度和抗干扰能力要求的提高,波导双极化复合制导的研究越发引起重视。因此,对实现双极化复合阵列天线馈电的研究也层出不穷,馈电网络包括功分网络以及和差网络,要求对天线阵面以及其他零部件造成较小的影响下,完成对辐射单元阵面馈电以及和差网络的设计。
目前馈电网络的设计包括裂缝辐射器,微带传输线以及耦合器的多种组合形式,常用的也仅仅是对辐射阵面采用中心馈电连接混合接头方式对辐射单元进行馈电,对较大规模的双极化波导阵列缺少实用性。
近年来,各研究人员对波导馈电的研究也从未停止过。2010年王少龙等人公开了文献,名称为:Ka波段单脉冲平板缝隙天线馈电网络分析,提出了通过在魔T上增加调整功率分配膜片,设计十六不等功率分配器,该形式设计上能满足阵列天线功率分配要求,但是实际加工装配中,调整膜片的设计给较大规模波导阵列天线的调试增加难度。
2017年江顺喜,殷实,梁国春,周方平等人公开了专利,名称为:波导馈电网络、波导阵列天线,提出了波导馈电网络由两组矩形波导E面T型功分器垂直级联而成,该功分器两个输出端口分别连接90度的极化器,能够有效降低网络插损。但这种功分器级联的方式增加了网络的厚度,对有厚度要求的阵列天线并不适用。
发明内容
本发明的目的是提供一种双极化波导馈电的阵列天线。此结构旨在解决传统波导馈电网络的阵列天线厚度大、隔离度低的问题,采用紧凑型和差网络和分布式和差网络的馈电结构,将两路极化的耦合波导设计在同一层面上,实现围绕天线中心的两路和差网络,实现阵列天线的高隔离度和结构稳固性,保证高的实用性和应用前景。
为达到上述目的,本发明提供了一种双极化波导馈电的阵列天线,包括水平极化辐射波导、垂直极化辐射波导、平面阵列、紧凑型和差网络以及分布式和差网络;水平极化辐射波导沿水平方向阵列排开;垂直极化辐射波导同样沿水平方向阵列排开于水平极化辐射波导的下方;水平极化辐射波导上表面与垂直极化辐射波导的第一端形成一平面阵列;紧凑型和差网络设置于平面阵列中心位置的上方,与水平极化辐射波导连接,用于实现对水平极化辐射波导的馈电;分布式和差网络设置于紧凑型和差网络的外周,与垂直极化辐射波导连接,且与紧凑型和差网络位于同一层面,用于实现对垂直极化辐射波导的馈电。
最优选的,该阵列天线还包括水平耦合波导,设置于平面阵列上方,且第一端与紧凑型和差网络连接,第二端与水平极化辐射波导连接,用于将紧凑型和差网络的第一耦合能量馈入水平极化辐射波导。
最优选的,该阵列天线还包括垂直耦合波导,设置于平面阵列与水平极化耦合波导之间,且第一端与分布式和差网络连接,第二端与垂直极化辐射波导连接,用于将分布式和差网络的第二耦合能量馈入垂直极化辐射波导。
最优选的,水平极化辐射波导与平面阵列形成水平极化辐射单元;紧凑型和差网络通过水平极化辐射单元与水平极化辐射波导连接。
最优选的,水平极化辐射单元上还设置有第一裂缝;紧凑型和差网络通过第一裂缝与水平极化辐射单元连接。
最优选的,水平极化辐射波导在平面阵列的对称轴处还设置有延长波导,用于向下延伸,与垂直极化辐射波导的第二端连接。
最优选的,垂直极化辐射波导的第一端与平面阵列形成垂直极化辐射单元;分布式和差网络通过垂直极化辐射单元与垂直极化辐射波导连接。
最优选的,垂直极化辐射单元上还设置有第二裂缝;分布式和差网络通过第二裂缝与垂直极化辐射单元连接。
最优选的,垂直极化辐射单元为高度可调的90度弯折波导口。
最优选的,紧凑型和差网络包括级联连接的多组第一魔T;分布式和差网络包括级联连接的多组第二魔T。
运用此发明,解决了传统波导馈电网络的阵列天线厚度大、隔离度低的问题,采用紧凑型和差网络与分布式和差网络的馈电结构,将两路极化的耦合波导设计在同一层面上,实现了围绕天线中心的两路和差网络,实现了阵列天线的高隔离度和结构稳固性,保证了高的实用性和应用前景。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
1、本发明提供的双极化波导馈电的阵列天线采用馈电结构由紧凑型和差网络和分布式和差网络组成,将两路极化的耦合波导设计在同一层面上,实现围绕天线中心设计两路和差网络结构,使阵列天线具有高隔离和结构稳固的特性,具有很强的实用性和应用前景。
2、本发明提供的双极化波导馈电的阵列天线通过调整垂直极化辐射单元的高度,使得水平极化辐射单元置于垂直极化辐射单元内部,增加阵列天线的紧凑度。
3、本发明提供的双极化波导馈电的阵列天线通过在水平极化辐射波导上设置延长波导,削减了天线的厚度,增加了波导以及辐射单元间的紧凑度,保证了馈电结构的结构紧凑、激励稳定和隔离度高。
4、本发明提供的双极化波导馈电的阵列天线的水平极化和差网络采用围绕阵列中心设计,垂直极化和差网络进行设计,布局巧妙,可以满足在空间上天线阵列复合、高隔离的需求,具有很强的实用性及应用前景。
附图说明
图1为本发明提供的双极化波导馈电的阵列天线结构示意图;
图2为本发明提供的该天线阵列的侧面结构示意图;
图3为本发明提供的该天线阵列的正面结构示意图;
图4为本发明提供的水平极化辐射波导的第一裂缝结构示意图;
图5为本发明提供的延长波导的结构示意图;
图6为本发明提供的本实施例中垂直极化辐射单元的结构示意图;
图7为本发明提供的第一魔T结构示意图;
图8为本发明提供的第二魔T结构示意图;
图9-10为本发明提供的本实施例中魔T的仿真结果图;
图11为本发明提供的紧凑型和差网络结构示意图;
图12为本发明提供的分布式和差网络结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述,这些实施例仅用于说明本发明,并不是对本发明保护范围的限制。
本发明是一种双极化波导馈电的阵列天线,如图1所示,包括水平极化辐射波导1、垂直极化辐射波导2、平面阵列3、紧凑型和差网络4、分布式和差网络5、水平极化耦合波导6和垂直极化耦合波导7。
水平极化辐射波导1沿水平方向阵列排开;垂直极化辐射波导2同样沿水平方向阵列排开于水平极化辐射波导1的下方。
如图2所示,水平极化辐射波导1上表面与垂直极化辐射波导2的第一端形成一平面阵列3;紧凑型和差网络4设置于平面阵列3中心位置的上方,与水平极化辐射波导1连接,用于实现对水平极化辐射波导1的馈电;分布式和差网络5设置于紧凑型和差网络4的外周,与垂直极化辐射波导2连接,且与紧凑型和差网络4位于同一层面,削减该阵列天线的整体厚度,用于实现对垂直极化辐射波导2的馈电。
水平极化耦合波导6设置于平面阵列3上方,第一端与紧凑型和差网络4连接,第二端与水平极化辐射波导1连接,用于将紧凑型和差网络4的第一耦合能量馈入水平极化辐射波导1。
垂直极化耦合波导7设置于平面阵列3与水平极化耦合波导6之间,第一端与分布式和差网络5连接,第二端与垂直极化辐射波导2连接,用于将分布式和差网络5的第二耦合能量馈入垂直极化辐射波导2。
在本实施例中,水平极化辐射波导1、垂直极化辐射波导2、水平极化耦合波导6和垂直极化耦合波导7均为非标准波导,波导窄边的尺寸为b/2,其中,b为标准波导尺寸;波导宽边尺寸a满足:
2(a+t)=λg;
其中,t为该阵列天线的辐射波导间隔,λg为波导波长。
其中,如图3所示,水平极化辐射波导1与平面阵列3形成水平极化辐射单元8;紧凑型和差网络4通过水平极化辐射单元8与水平极化辐射波导1连接。
如图4所示,水平极化辐射单元8上还设置有第一裂缝9;紧凑型和差网络4通过第一裂缝9与水平极化辐射单元8连接。
其中,根据阵列天线的口径、增益和副瓣电平要求,通过对水平极化辐射单元8进行泰勒(taylor)加权分析,计算每个水平极化辐射单元8的功率分布,确定第一裂缝9的角度和长度,对水平极化辐射单元8进行锥削激励。
在本实施例中,第一裂缝9的间距(第一裂缝9中心的距离)为λg/2;第一裂缝9距离水平极化耦合波导6终端的距离为λg/2。
如图5所示,水平极化辐射波导1在平面阵列3的对称轴处还设置有延长波导10,用于向下延伸,与垂直极化辐射波导2的第二端连接。
水平极化辐射波导1通过波导波长为λg的延长波导10进行波导变换,延伸至垂直极化耦合波导7层面上,并保持激励电流的相位不变,实现在同一层面上设计和差网络,削减该阵列天线的整体厚度。
如图3所示,垂直极化辐射波导2的第一端与平面阵列3形成垂直极化辐射单元11;分布式和差网络5通过垂直极化辐射单元11与垂直极化辐射波导2连接。
垂直极化辐射单元11上还设置有第二裂缝12;分布式和差网络5通过第二裂缝12与垂直极化辐射单元11连接。
如图6所示,在本实施例中,垂直极化辐射单元11为高度可调的90度弯折波导口,通过调节90度弯折波导口的高度h,使得水平极化辐射单元8置于垂直极化的辐射单元11内部,调整该阵列天线的紧凑度。
同时,调节水平极化辐射单元8与垂直极化的辐射单元11之间的间距,使得水平极化辐射单元8和垂直极化辐射单元11这两种辐射波导口结构交替排列且结构互补,增大阵列天线的隔离度。
如图7所示,紧凑型和差网络4包括级联连接的多组第一魔T13;第一魔T13的通过两平衡臂直接与水平极化耦合波导6连接。
如图8所示,分布式和差网络5包括级联连接的多组第二魔T14;第二魔T14的两个平衡臂p1、p2通过第三裂缝与垂直极化耦合波导7连接。
紧凑型和差网络4和分布式和差网络5分别由多组第一魔T13和多组第二魔T14级联连接,形成和(sum)通道与差(differ)通道,差通道包括俯仰差通道与方位差通道。对sum通道、俯仰差通道和方位差通道的三通道注入信号,分别将第一耦合能量和第二耦合能量传输至耦合波导,实现对天线辐射单元的激励。
第一魔T13和第二魔T14均由H-T结构变换形成,H-T结构为三组波导组成的和端口网络,通过在波导公共宽臂上开耦合谐振缝,上层连接扁波导,调节矩形缝隙尺寸,实现魔-T结构中差臂(E臂)的功能。
魔T的H-T结构为三组扁波导组成的差端口网络,第一魔T13通过在波导公共臂上开阶梯式耦合缝隙,第二魔T14开三角缝隙以及矩形耦合谐振缝,实现和差网络中差(E)臂的功能,调节第一魔T13耦合谐振缝参数,第二魔T14的三角边长a1以及矩形缝隙长L1、宽w1,大大压缩了和差网络的尺寸,如图9和图10分别为驻波以及两个平衡臂p1、p2端口到和口的优化结果。
如图11所示,水平极化辐射波导6中设置有第一缝隙15,用于传输第一耦合能量;如图12所示,垂直极化辐射波导7中设置有第二缝隙16,用于传输第二耦合能量。
紧凑型和差网络4将第一耦合能量传输至水平极化耦合波导6,第一缝隙15在水平极化耦合波导6中传递第一耦合能量,通过第一裂缝9传输至水平极化辐射单元8处,通过延长波导10馈入水平极化辐射波导1,实现对水平极化辐射波导1的激励,完成水平极化辐射波导1的馈电;分布式和差网络5将第二耦合能量传输至垂直极化耦合波导7,第二缝隙16在垂直极化耦合波导7中传递第二耦合能量,通过第二裂缝12传输至垂直极化辐射单元11处,馈入垂直极化辐射波导2,实现对垂直极化辐射波导2的激励,完成垂直极化辐射波导2的馈电。
本发明的工作原理:
紧凑型和差网络将第一耦合能量传输至水平极化耦合波导,第一缝隙在水平极化耦合波导中传递第一耦合能量,通过第一裂缝传输至水平极化辐射单元处,通过延长波导馈入水平极化辐射波导,实现对水平极化辐射波导的激励,完成水平极化辐射波导的馈电;分布式和差网络将第二耦合能量传输至垂直极化耦合波导,第二缝隙在垂直极化耦合波导中传递第二耦合能量,通过第二裂缝传输至垂直极化辐射单元处,馈入垂直极化辐射波导,实现对垂直极化辐射波导的激励,完成垂直极化辐射波导的馈电。
综上所述,本发明一种双极化波导馈电的阵列天线,解决了传统波导馈电网络的阵列天线厚度大、隔离度低的问题,采用紧凑型和差网络与分布式和差网络的馈电结构,将两路极化的耦合波导设计在同一层面上,实现了围绕天线中心的两路和差网络,实现了阵列天线的高隔离度和结构稳固性,保证了高的实用性和应用前景。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种双极化波导馈电的阵列天线,其特征在于,包括:
水平极化辐射波导,沿水平方向阵列排开;
垂直极化辐射波导,同样沿水平方向阵列排开于所述水平极化辐射波导的下方;
所述水平极化辐射波导上表面与所述垂直极化辐射波导的第一端形成一平面阵列;
紧凑型和差网络,设置于所述平面阵列中心位置的上方,与所述水平极化辐射波导连接,用于实现对水平极化辐射波导的馈电;
分布式和差网络,设置于所述紧凑型和差网络的外周,与所述垂直极化辐射波导连接,且与所述紧凑型和差网络位于同一层面,用于实现对垂直极化辐射波导的馈电。
2.如权利要求1所述的双极化波导馈电的阵列天线,其特征在于,该阵列天线还包括水平耦合波导,设置于所述平面阵列上方,且第一端与所述紧凑型和差网络连接,第二端与所述水平极化辐射波导连接,用于将所述紧凑型和差网络的第一耦合能量馈入所述水平极化辐射波导。
3.如权利要求2所述的双极化波导馈电的阵列天线,其特征在于,该阵列天线还包括垂直耦合波导,设置于所述平面阵列与所述水平极化耦合波导之间,且第一端与所述分布式和差网络连接,第二端与所述垂直极化辐射波导连接,用于将所述分布式和差网络的第二耦合能量馈入所述垂直极化辐射波导。
4.如权利要求1所述的双极化波导馈电的阵列天线,其特征在于,所述水平极化辐射波导与所述平面阵列形成水平极化辐射单元;所述紧凑型和差网络通过所述水平极化辐射单元与所述水平极化辐射波导连接。
5.如权利要求4所述的双极化波导馈电的阵列天线,其特征在于,所述水平极化辐射单元上还设置有第一裂缝;所述紧凑型和差网络通过所述第一裂缝与所述水平极化辐射单元连接。
6.如权利要求4所述的双极化波导馈电的阵列天线,其特征在于,所述水平极化辐射波导在所述平面阵列的对称轴处还设置有延长波导,用于向下延伸,与所述垂直极化辐射波导的第二端连接。
7.如权利要求1所述的双极化波导馈电的阵列天线,其特征在于,所述垂直极化辐射波导的第一端与所述平面阵列形成垂直极化辐射单元;所述分布式和差网络通过所述垂直极化辐射单元与所述垂直极化辐射波导连接。
8.如权利要求7所述的双极化波导馈电的阵列天线,其特征在于,所述垂直极化辐射单元上还设置有第二裂缝;所述分布式和差网络通过所述第二裂缝与所述垂直极化辐射单元连接。
9.如权利要求7所述的双极化波导馈电的阵列天线,其特征在于,所述垂直极化辐射单元为高度可调的90度弯折波导口。
10.如权利要求1所述的双极化波导馈电的阵列天线,其特征在于,所述紧凑型和差网络包括级联连接的多组第一魔T;所述分布式和差网络包括级联连接的多组第二魔T。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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