CN1158537C - 外差式毫米波的空间馈电传输方法及其焦面阵成像结构 - Google Patents
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Abstract
本发明是外差式毫米波的空间馈电传输方法及焦面阵成像结构。方法：目标散射电磁波由成像镜聚焦到焦面阵，经焦面阵元天线收并经极化分离器送到阵元接收机混频器；本振信号照到另一阵面阵元天线后被送到阵元接收机混频器，本振信号照到焦面阵前经等振幅波束辐射器再照到空间功率分配器，由其把本振功率分成细波束后至阵元天线。结构包括成像镜和焦面阵，成像镜在焦面阵一侧，焦面阵由混频器及其两侧的本振信号接收天线阵和目标散射电磁波接收天线阵组成，在混频器两侧本振信号接收天线阵和目标散射电磁波接收天线阵的每对阵元与其间的混频器相接，混频器两侧设极化分离器，焦面阵的另一侧设空间功率分配器和等振幅波束辐射器。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种用于外差式毫米波焦面阵成像的外差式毫米波的空间馈电传输方法及其焦面阵成像结构。
二、背景技术
毫米波焦面阵成像系统的一个关键部件是焦面阵结构。焦面阵阵元为天线，用于接收成像透镜(或反射镜)聚焦在焦面上的衍射斑，然后再将接收到的电磁信号传送到阵元接收机处。目前已经提出多种焦面阵结构。例如，喇叭阵、波纹喇叭阵，集成喇叭阵，集成槽线天线阵，置于扩展半球介质透镜背面的集成天线阵、蝇眼阵等。阵元接收机的工作方式有外差式和直接检波式。直接检波式是用检波管或其它器件直接感应天线送来的信号，然后送到后一级放大器将信号放大。直接检波放大式电路结构简单，但检波器的灵敏度低，不易探测微弱信号。外差式采用混频器，混频器有三个端口。一个端口连接天线，一个端口连接本振，一个端口用作输出中频信号。工作过程是，天线输入的外部信号与本振输入的信号在混频器内混频，取两者的差频信号即中频信号输出，再经放大器放大，然后送到后级电路。外差式灵敏度高，但电路结构复杂。对于100×100元的面阵，共需1万个外差式接收机，把本振信号传输到这1万个接收机处是一件困难的任务。首先，一万个接收机排成面阵，阵元相互紧靠在一起，相邻阵元接收机的距离很近，留下的空间很小，传输本振信号的传输线在阵中的分布和连接是一件困难的事，而且还要留出安置中频输出线路的空间。其次，要把本振信号传输到每个接收机上需要低损耗的传输线，但是在毫米波频段，传输线的损耗通常比较大。因此带来一些问题，一是要求本振功率大；二是功率传输损耗大，功率传输损耗大还带来部件发热散热的问题。比如，如果一个接收机需要5毫瓦的本振功率，一万个就需要50瓦，假设每路有3分贝的传输损耗，则需要100瓦的功率，其中50瓦变成热需散发掉。在毫米波频段，产生几十瓦的功率本身就是一件困难的事，再有一些功率浪费掉，这是系统工作不能允许的。实际上平均每路的传输损耗将超过3分贝。因此，外差式接收机的问题是本振信号如何有效低耗地传输到接收机混频器上。这样既能显著提高接收机的工作灵敏度，又能有效地利用本振信号功率，同时还降低焦面阵结构复杂度和加工制作成本和工作成本。
三、技术方案
技术问题：本发明提供一种能够降低本振功率传输损耗的外差式毫米波的空间馈电传输方法及其结构紧凑的焦面阵成像结构。
技术方案1：本发明是一种用于外差式毫米波焦面阵成像的外差式毫米波的空间馈电传输方法，目标散射的电磁波由成像镜聚焦到焦面阵上，再经焦面阵元天线接收并通过极化分离器送到阵元接收机的混频器；本振信号照射到焦面阵的另一阵面阵元天线上后被送到阵元接收机的混频器，在本振信号照射到焦面阵前，先经等振幅波束辐射器再照射到空间功率分配器上，由功率分配器把本振功率分配成若干个细波束后送至阵元天线。
技术方案2：本发明是一种焦面阵成像结构，包括成像镜和焦面阵，成像镜位于焦面阵的一侧，焦面阵由混频器及位于混频器两侧的本振信号接收天线阵和目标散射电磁波接收天线阵组成，位于混频器两侧本振信号接收天线阵和目标散射电磁波接收天线阵上的每对阵元与其间的混频器相接，在混频器的两侧还设有极化分离器，在上述焦面阵的另一侧设有空间功率分配器和等振幅波束辐射器。
有益效果：①本发明所述方法的特点在于将本振功率进行等振幅波束处理后照射到空间功率分配器上，再由空间功率分配器将其分配成多束细波束并照射至各自相对应的天线阵阵元上，即：本方法是采取空间馈电的方式将本振功率传输给焦面阵的内设混频器，而不是采用有线传输的方法，所以，本方法避免了本振信号在传输线上的功率损失，降低了本振信号的功率传输损耗。②本发明所述结构，尤其是采用透镜阵列与介质透镜等振幅波束辐射器和空间功率分配器，将现有技术中有线传输本振信号改进为以无线方式(即以空间馈电的方式)传输本振信号，因此，从结构中省去了焦面阵内位于阵元之间的本振信号传输线，从而节省了焦面阵内本已紧张的空间，简化了结构，同时也避免了本振信号在传输线上的功率损失，故本发明所述结构不仅具有结构简单的优点，而且能够降低本振信号的功率传输损耗。
四、附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明内置极化分离器实施例的焦面阵阵元结构示意图(图中的A、B为位于混频器两侧的内置式线栅)。
图3是本发明阵元极化分离器的另一实施例结构示意图。
图4是本发明空间功率分配器实施例结构示意图。
图5是本发明等振幅波束辐射器主视图。
图6是本发明等振幅波束辐射器的又中心至边缘的局部的结构放大示意图。
图7是本发明等振幅波束辐射器左视图。
图8是本发明实施例局部(以混频器为核心)结构示意图。
五、实施方案
实施例1一种用于外差式毫米波焦面阵成像的外差式毫米波的空间馈电传输方法，目标散射的电磁波由成像镜聚焦到焦面阵上，再经焦面阵元天线接收并通过极化分离器送到阵元接收机的混频器；本振信号照射到焦面阵的另一阵面阵元天线上后被送到阵元接收机的混频器，在本振信号照射到焦面阵前，先经等振幅波束辐射器再照射到空间功率分配器上，由功率分配器把本振功率分配成若干个细波束后送至阵元天线。
实施例2一种焦面阵成像结构，包括成像镜4和焦面阵1，成像镜4既可以是折射透镜，也可以是衍射透镜，成像镜4位于焦面阵的一侧，焦面阵1由混频器11及位于混频器11两侧的本振信号接收天线阵12和目标散射电磁波接收天线阵13组成，位于混频器11两侧本振信号接收天线阵12和目标散射电磁波接收天线阵13上的每对阵元与其间的混频器相接，在混频器11的两侧还设有极化分离器5和6，在上述焦面阵的另一侧设有空间功率分配器2和等幅波束辐射器3，空间功率分配器2为介质透镜阵列21，介质透镜阵列21上的透镜单元211相对应于天线阵12上的阵元，极化分离器5和6均为阵面极化分离器并采用相互垂直的线栅，且位于焦面阵的两侧，等振幅波束辐射器为介质透镜，在透镜上有圆形台阶31，等振幅波束辐射也可以采用馈源照射器。
实施例3一种焦面阵成像结构，包括成像镜4和焦面阵1，成像镜4既可以是成像透镜，成像镜4位于焦面阵的一侧，焦面阵1由混频器11及位于混频器11两侧的本振信号接收天线阵12和目标散射电磁波接收天线阵13组成，位于混频器11两侧本振信号接收天线阵12和目标散射电磁波接收天线阵13上的每对阵元与其间的混频器相接，在混频器11的两侧还设有极化分离器5和6，在上述焦面阵的另一侧设有空间功率分配器2和等振幅波束辐射器3，空间功率分配器2为介质透镜阵列21，介质透镜阵列21上的透镜单元211相对应于天线阵12上的阵元，焦面阵上的天线阵均为集成天线阵，极化分离器为耦合缝，用于通过目标散射电磁波的耦合缝8与通过本振信号的耦合缝7相垂直，本振信号通过本振信号耦合缝7进入混频器11，目标散射电磁波通过目标散射电磁波耦合缝8进入混频器11，在混频器11上还设有中频信号输出线114。
实施例4一种焦面阵成像结构，包括成像镜4和焦面阵1，成像镜4既可以是折射透镜，也可以是衍射透镜，成像镜4位于焦面阵的一侧，焦面阵1由混频器11及位于混频器11两侧的本振信号接收天线阵12和目标散射电磁波接收天线阵13组成，位于混频器11两侧本振信号接收天线阵12和目标散射电磁波接收天线阵13上的每对阵元与其间的混频器相接，在混频器11的两侧还设有极化分离器5和6，在上述焦面阵的另一侧设有空间功率分配器2和等幅波束辐射器3，空间功率分配器2为介质透镜阵列21，介质透镜阵列21上的透镜单元211相对应于天线阵12上的阵元，本振信号接收天线阵12和目标散射电磁波接收天线阵13均为喇叭阵，极化分离器为阵元极化分离器并由置于喇叭阵的喇叭单元内；阵元极化分离器为外径小于喇叭口径的线栅，位于本振信号接收天线阵12内的线栅与位于目标散射电磁波接收天线阵13的线栅相垂直。
实施例5一种焦面阵成像结构，包括成像镜4和焦面阵1，成像镜4既可以是折射透镜，也可以是衍射透镜，成像镜4位于焦面阵的一侧，其特征在于焦面阵1由混频器11及位于混频器11两侧的本振信号接收天线阵12和目标散射电磁波接收天线阵13组成，位于混频器11两侧本振信号接收天线阵12和目标散射电磁波接收天线阵13上的每对阵元与其间的混频器相接，在混频器11的两侧还设有极化分离器5和6，在上述焦面阵的另一侧设有空间功率分配器2和等幅波束辐射器3，空间功率分配器2为介质透镜阵列21，介质透镜阵列21上的透镜单元211相对应于天线阵12上的阵元，本振信号接收天线阵12和目标散射电磁波接收天线阵13均为喇叭阵，极化分离器为阵元极化分离器并由置于喇叭阵的喇叭单元内；阵元极化分离器采用耦合缝，位于本振信号接收天线阵12内的耦合缝51与位于目标散射电磁波接收天线阵13内的耦合缝61相垂直，在混频器11上设有目标散射电磁波输入线62、混频器11由混频管113、输入线112及输出线111组成，输入线112及中频输出线111分别连于混频管113，目标散射电磁波由耦合缝61进入目标散射电磁波输入线62并通过耦合器621进入混频器11。
Claims (9)
1、一种用于外差式毫米波焦面阵成像的外差式毫米波的空间馈电传输方法，目标散射的电磁波由成像镜聚焦到焦面阵上，再经焦面阵元天线接收并通过极化分离器送到阵元接收机的混频器；本振信号照射到焦面阵的另一阵面阵元天线上后被送到阵元接收机的混频器，其特征在于在本振信号照射到焦面阵前，先经等振幅波束辐射器再照射到空间功率分配器上，由功率分配器把本振功率分配成与阵元天线的阵元数量相等的细波束后送至阵元天线。
2、一种用于实施权利要求1的焦面阵成像结构，包括成像镜(4)和焦面阵(1)，成像镜(4)位于焦面阵的接受入射信号一侧，其特征在于焦面阵(1)由混频器(11)及位于混频器(11)两侧的本振信号接收天线阵(12)和目标散射电磁波接收天线阵(13)组成，位于混频器(11)两侧本振信号接收天线阵(12)和目标散射电磁波接收天线阵(13)上的每对阵元与其间的混频器相接，在混频器(11)的两侧还设有极化分离器(5和6)，在上述焦面阵的另一侧设有空间功率分配器(2)和等振幅波束辐射器(3)。
3、根据权利要求2所述的焦面阵成像结构，其特征在于空间功率分配器(2)为介质透镜阵列(21)，介质透镜阵列(21)上的透镜单元(211)相对应于天线阵(12)上的阵元。
4、根据权利要求2或3所述的焦面阵成像结构，其特征在于极化分离器(5和6)均为阵面极化分离器并采用相互垂直的线栅，且位于焦面阵的两侧。
5、根据权利要求2或3所述的焦面阵成像结构，其特征在于极化分离器为耦合缝，用于通过目标散射电磁波的耦合缝(8)与通过本振信号的耦合缝(7)相垂直，本振信号通过本振信号耦合缝(7)进入混频器(11)，目标散射电磁波通过目标散热电磁波耦合缝进入混频器(11)，在混频器(11)上还设有中频信号输出线(114)。
6、根据权利要求2或3所述的焦面阵成像结构，其特征在于本振信号接收天线阵(12)和目标散射电磁波接收天线阵(13)均为喇叭阵，极化分离器为阵元极化分离器并由置于喇叭阵的喇叭单元内。
7、根据权利要求6所述的焦面阵成像结构，其特征在于阵元极化分离器为外径小于喇叭口径的线栅，位于本振信号接收天线阵(12)内的线栅与位于目标散射电磁波接收天线阵(13)的线栅相垂直。
8、根据权利要求6所述的焦面阵成像结构，其特征在于阵元极化分离器采用耦合缝，位于本振信号接收天线阵(12)内的耦合缝(51)与位于目标散射电磁波接收天线阵(13)内的耦合缝(61)相垂直，在混频器(11)上设有目标散射电磁波输入线(62)，混频器(11)由混频管(113)、输入线(112)及输出线(111)组成，输入线(112)及中频输出线(111)分别连于混频管(113)，目标散射电磁波由耦合缝(61)进入目标散射电磁波输入线(62)并通过耦合器(621)进入混频器(11)。
9、根据权利要求2或3所述的焦面阵成像结构，其特征在于等振幅波束辐射器为介质透镜，在透镜上有圆形台阶。
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