CN115939734A - 一种柱面透镜多波束天线及多波束测向系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柱面透镜多波束天线及多波束测向系统，包括呈夹层结构依次设置的第一馈源体、介质透镜以及第二馈源体；所述第一馈源体和所述第二馈源体在呈整体连接状态下至少形成若干呈通道结构的完整馈源波导区：所述完整馈源波导区具有折弯段和直线段，在所述完整馈源波导区的折弯段的端部设置有馈源天线组；以及在所述完整馈源波导区的直线段设置有耦合波导和耦合缝隙。本发明通过在馈电区域引入带耦合缝隙的波导，通过耦合波导馈入自检信号，缝隙耦合信号传输到射频前端完成自检；与现有技术相比，避免了复杂且可靠性低耦合电路设计，自检方式简单可靠。

Description

一种柱面透镜多波束天线及多波束测向系统

技术领域

本发明涉及多波束天线技术领域，具体而言，涉及一种柱面透镜多波束天线及多波束测向系统。

背景技术

多波束测向利用多个波束同时接收来波信号，根据信号强度不同，计算出得到来波信号方位，实现测向功能。柱面透镜多波束天线因方位面聚焦形成多个笔状波束，俯仰面不聚焦形成多个扇形波束，广泛应用于多波束测向系统中。

典型的采有用柱面透镜多波束天线的多波束测向系统如图10所示，天线接收到的空间电磁波信号经射频前端后输出至接收机，进行相应处理完成测向。考虑到有源器件需要进行自检。常见的自检设计方法是在射频前端内部设计耦合电路，使自检信号通过功分器传输到每个射频前端，经过耦合电路，耦合信号至射频接收主路，然后传输至接收机，通过接收信号是否异常评估射频通道是否正常。该方法需要在射频前端内设计耦合电路，导致设计难度和射频前端尺寸重量增加，可靠性低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明第一方面提供了一种柱面透镜多波束天线。

本发明第二方面提供了一种多波束测向系统。

本发明提供了一种柱面透镜多波束天线，包括：

呈夹层结构依次设置的第一馈源体、介质透镜以及第二馈源体；

所述第一馈源体和所述第二馈源体在呈整体连接状态下至少形成若干呈通道结构的完整馈源波导区：

所述完整馈源波导区具有折弯段和直线段，在所述完整馈源波导区的折弯段的端部设置有馈源天线组；以及

在所述完整馈源波导区的直线段设置有耦合波导和耦合缝隙。

根据本发明上述技术方案的柱面透镜多波束天线，还可以具有以下附加技术特征：

优选地，所述第一馈源体和所述第二馈源体均为一体结构，当所述第一馈源体和所述第二馈源体拼接呈整体连接状态时，两者相向的面为内里面以及向背的面为外置面，且所述馈源波导区、耦合波导以及耦合缝隙均位于内里面。

优选地，所述第一馈源体包括：

第一锥削形辐射区，所述第一锥削形辐射区在所述第一馈源体的外置面外扩式延伸，并最终形成半环形结构；

第一馈源波导区，形成于所述第一馈源体的内里面，以构成完整馈源波导区的一部分；

其中，所述第一馈源波导区由折弯段和直线段构成；

第一馈源天线，设置在所述第一馈源波导区的折弯段的起点，其中，多个所述第一馈源天线的辐射口中心位于同一圆上。

优选地，还包括：

第一波纹槽，所述第一波纹槽设置在位于边侧位置的所述第一馈源天线的一侧。

优选地，所述第一馈源波导区的折弯段以所述第一锥削形辐射区或所述介质透镜的圆心为中心呈发散路径布置，并最终过渡到沿所述第一馈源体长度方向呈直线路径布置的直线段。

优选地，所述第二馈源体包括：

第二锥削形辐射区，所述第二锥削形辐射区在所述第二馈源体的外置面外扩式延伸，并最终形成半环形结构，其中，所述第一锥削形辐射区和所述第二锥削形辐射区相对的面共同构成容纳介质透镜的装配空间；

第二馈源波导区，形成于所述第二馈源体的内里面，以和所述第一馈源波导区构成所述完整馈源波导区；

其中，所述第二馈源波导区由折弯段和直线段构成；

第二馈源天线，设置在所述第二馈源波导区的折弯段的起点，其中，多个所述第二馈源天线的辐射口中心位于同一圆上；

所述耦合波导设置于所述第二馈源波导区的直线段，且左右两端接口均为金属波导，其中，所述第一馈源体和所述第二馈源体拼接后形成完整的馈源波导型号与耦合波导一致；以及

所述耦合缝隙形成于所述第二馈源波导区的直线段的底面。

优选地，还包括：

第二波纹槽，所述第二波纹槽设置在位于边侧位置的所述第二馈源天线的一侧。

优选地，所述第二馈源波导区的折弯段以所述第二锥削形辐射区或所述介质透镜的圆心为中心呈发散路径布置，并最终过渡到沿所述第二馈源体长度方向呈直线路径布置的直线段。

优选地，所述第一馈源体和所述第二馈源体通过紧固件构成可拆卸连接，其中，所述介质透镜被夹装在所述第一馈源体和所述第二馈源体之间。

本发明还提供了一种多波束测向系统，包括：

如上述技术方案中任一项所述的柱面透镜多波束天线，其中，所述耦合波导的一侧馈电端口用于馈入自检信号，另一侧馈电端口用于接匹配负载，所述完整馈源波导区的出口为输出端口；

射频前端，通过传输线与所述输出端口连接，以接收来自输出端口的自检信号；

接收机，与所述射频前端电控连接，并接收来自射频前端的自检信号，以评估射频通道是否正常。

本发明提供的柱面透镜多波束天线及多波束测向系统，通过在馈电区域引入带耦合缝隙的波导，通过耦合波导馈入自检信号，缝隙耦合信号传

输到射频前端完成自检；与现有技术相比，避免了复杂且可靠性低耦合电5路设计，自检方式简单可靠；本发明一体化结构设计，易于加工和装配，

且批量生产一致性好，此外结构强度高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

0本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中

将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的柱面透镜多波束天线的立体图；

图2是本发明的柱面透镜多波束天线的爆炸示意图；

图3是本发明的柱面透镜多波束天线中第一馈源体的立体图之一；5图4是本发明的柱面透镜多波束天线中第一馈源体的立体图之二；

图5是本发明的柱面透镜多波束天线中第一馈源体的平面图；

图6是本发明的柱面透镜多波束天线中第二馈源体的立体图之一；

图7是本发明的柱面透镜多波束天线中第二馈源体的立体图之二；

图8是本发明的柱面透镜多波束天线中第二馈源体的平面图；

图9是本发明的多波束测向系统的示意图；

图10是现有技术中多波束测向系统的示意图。

其中，图1至图10中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、介质透镜；2、第一馈源体；21、第一锥削形辐射区；22、第一馈

源天线；23、第一馈源波导区；24第一波纹槽；3、第二馈源体；31、第5二锥削形辐射区；32、第二馈源天线；33、第二馈源波导区；34、第二波

纹槽；35、耦合波导；36、耦合缝隙；

5、柱面透镜多波束天线；51、耦合波导的馈电端口；52、耦合波导的馈电端口；53、输出端口。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图10来描述根据本发明一些实施例提供的柱面透镜多波束天线及多波束测向系统。

本申请的一些实施例提供了一种柱面透镜多波束天线。

如图1至图2所示，本发明第一个实施例提出了一种柱面透镜多波束天线，包括圆柱形介质透镜1，第一馈源体2和第二馈源体3。所述的圆柱形介质透镜1位于第一馈源体2和第二馈源体3之间，形成三层夹层结构；第一馈源体2和第二馈源体3通过金属定位销对位和金属紧固件连接。

在本实施例中，更为具体地，圆柱形介质透镜1为圆柱形结构，且低损耗(损耗正切小0.001)介质材料，包括聚四氟烯或聚苯乙烯材料；圆柱形介质透镜1的直径取值为5～50λ，λ为工作中心频率波长，圆柱形介质透镜1的高度取值为馈源天线高度的1～2倍。

如图3至图5所示，在本实施例中，更为具体地，第一馈源体2为一体结构，包括第一锥削形辐射区21，第一馈源天线22，第一馈源波导区23，第一波纹槽24。

其中，所述第一锥削形辐射区21位于第一馈源体2的最前端，且与圆柱形介质透镜1上表面成一定夹角，作为优选，夹角范围为0°～90_°。

其中，所述多个第一馈源天线22的辐射口面中心在同一圆上，且与圆柱形介质透镜1的侧面有一定距离；所述多个第一馈源天线22接第一馈源波导区23，多个第一馈源波导区23经弯曲后最位于同一平面。

所述第一波纹槽24位于边缘馈源天线的两边，其中，其设计尺寸与天线工作频率相关，由于引入第一波纹槽24可降低两个边缘波束的副瓣电平。

如图6至图8所示，在本实施例中，更为具体地，第二馈源体3为一体结构，包括第二锥削形辐射区31，第二馈源天线32，第二馈源波导区33，第二波纹槽34、耦合波导35，耦合缝隙36。

其中，所述第二锥削形辐射区31位于第二馈源体3的最前端，且与圆柱形介质透镜1下表面成一定夹角，作为优选，夹角范围为0°～90_°，通过调整夹角的值，可以改变天线俯仰面方向图波束宽度。

其中，所述多个第二馈源天线32的辐射口面中心在同一圆上，且与圆柱形介质透镜1的侧面有一定距离；所述多个第二馈源天线32接第二馈源波导区33，多个第二馈源波导区33经弯曲后最位于同一平面，所述第二波纹槽34位于边缘馈源天线的两边，由于引入第二波纹槽34可降低两个边缘波束的副瓣电平。所述耦合波导35位于第二馈源波导区33直线段区域下面，左右两端接口均为金属波导。所述耦合缝隙36位于第二馈源波导区33直线段区域，且位于窄边中心。优选的，耦合缝隙形状为圆形，十字形，三角形，正方形，“X”形，五角星形等。

需要说明的是，所述的第一馈源体2的第一锥削形辐射区21，第一馈源天线22，第一馈源波导区23，第一波纹槽24与第二馈源体3的第二锥削形辐射区31，第二馈源天线32，第二馈源波导区33，第二波纹槽34尺寸相同，结构形状对称。

此外，所述的第一馈源体2和第二馈源体3拼接后形成完整的馈源波导型号与耦合波导35一致，且所述的馈源波导极化方式为水平极化，即极化方向平行于圆柱形介质透镜1的上下表面；以及

所述的第一馈源体2和第二馈源体3均为金属材料，并进行表面处理。优选的，金属材料为防锈铝，表面处理为导电氧化。

需要说明的是，本实施例提出的柱面透镜多波束天线具体应用详见下述实施例，在此不在赘述。

本发明第二个实施例提出了一种多波束测向系统，包括：

如上述实施例中所述的柱面透镜多波束天线，其中，所述耦合波导的一侧馈电端口用于馈入自检信号，另一侧馈电端口用于接匹配负载，所述完整馈源波导区的出口为输出端口；

射频前端，通过传输线与所述输出端口连接，以接收来自输出端口的自检信号；

接收机，与所述射频前端电控连接，并接收来自射频前端的自检信号，以评估射频通道是否正常。

如图9所示，本实施例具体运行过程如下：5为柱面透镜多波束天线，51为耦合波导的馈电端口，52为耦合缝隙，53为本实施例的输出端口。系统进行自检时，通过耦合波导一端的馈电端口51馈入自检信号，耦合波导另一端的馈电端口51接匹配负载。进入耦合波导内自检信号通过耦合缝隙52将信号传输至本实施例的输出端口53，然后通过传输线传输到射频前端，并最终通过射频前端传输至接收机完成自检。与现有技术相比，采用本实施例的多波束测向系统自检方式避免了复杂耦合电路设计，自检设计简单，提高了可靠性。通过选取耦合缝隙52的尺寸和形状，可控制耦合量，使其既能满足耦合自检需求，也不会影响天线主路的辐射性能。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柱面透镜多波束天线，其特征在于，包括：

呈夹层结构依次设置的第一馈源体、介质透镜以及第二馈源体；

所述第一馈源体和所述第二馈源体在呈整体连接状态下至少形成若干呈通道结构的完整馈源波导区：

所述完整馈源波导区具有折弯段和直线段，在所述完整馈源波导区的折弯段的端部设置有馈源天线组；以及

在所述完整馈源波导区的直线段设置有耦合波导和耦合缝隙。

2.根据权利要求1所述的柱面透镜多波束天线，其特征在于，所述第一馈源体和所述第二馈源体均为一体结构，当所述第一馈源体和所述第二馈源体拼接呈整体连接状态时，两者相向的面为内里面以及向背的面为外置面，且所述馈源波导区、耦合波导以及耦合缝隙均位于内里面。

3.根据权利要求2所述的柱面透镜多波束天线，其特征在于，所述第一馈源体包括：

第一锥削形辐射区，所述第一锥削形辐射区在所述第一馈源体的外置面外扩式延伸，并最终形成半环形结构；

第一馈源波导区，形成于所述第一馈源体的内里面，以构成完整馈源波导区的一部分；

其中，所述第一馈源波导区由折弯段和直线段构成；

第一馈源天线，设置在所述第一馈源波导区的折弯段的起点，其中，多个所述第一馈源天线的辐射口中心位于同一圆上。

4.根据权利要求3所述的柱面透镜多波束天线，其特征在于，还包括：

第一波纹槽，所述第一波纹槽设置在位于边侧位置的所述第一馈源天线的一侧。

5.根据权利要求4所述的柱面透镜多波束天线，其特征在于，所述第一馈源波导区的折弯段以所述第一锥削形辐射区或所述介质透镜的圆心为中心呈发散路径布置，并最终过渡到沿所述第一馈源体长度方向呈直线路径布置的直线段。

6.根据权利要求5所述的柱面透镜多波束天线，其特征在于，所述第二馈源体包括：

第二锥削形辐射区，所述第二锥削形辐射区在所述第二馈源体的外置面外扩式延伸，并最终形成半环形结构，其中，所述第一锥削形辐射区和所述第二锥削形辐射区相对的面共同构成容纳介质透镜的装配空间；

第二馈源波导区，形成于所述第二馈源体的内里面，以和所述第一馈源波导区构成所述完整馈源波导区；

其中，所述第二馈源波导区由折弯段和直线段构成；

第二馈源天线，设置在所述第二馈源波导区的折弯段的起点，其中，多个所述第二馈源天线的辐射口中心位于同一圆上；

所述耦合波导设置于所述第二馈源波导区的直线段，且左右两端接口均为金属波导，其中，所述第一馈源体和所述第二馈源体拼接后形成完整的馈源波导型号与耦合波导一致；以及

所述耦合缝隙形成于所述第二馈源波导区的直线段的底面。

7.根据权利要求6所述的柱面透镜多波束天线，其特征在于，还包括：

第二波纹槽，所述第二波纹槽设置在位于边侧位置的所述第二馈源天线的一侧。

8.根据权利要求7所述的柱面透镜多波束天线，其特征在于，所述第二馈源波导区的折弯段以所述第二锥削形辐射区或所述介质透镜的圆心为中心呈发散路径布置，并最终过渡到沿所述第二馈源体长度方向呈直线路径布置的直线段。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的柱面透镜多波束天线，其特征在于，所述第一馈源体和所述第二馈源体通过紧固件构成可拆卸连接，其中，所述介质透镜被夹装在所述第一馈源体和所述第二馈源体之间。

10.一种多波束测向系统，其特征在于，包括：

如上述权利要求1至9中任一项所述的柱面透镜多波束天线，其中，所述耦合波导的一侧馈电端口用于馈入自检信号，另一侧馈电端口用于接匹配负载，所述完整馈源波导区的出口为输出端口；

射频前端，通过传输线与所述输出端口连接，以接收来自输出端口的自检信号；

接收机，与所述射频前端电控连接，并接收来自射频前端的自检信号，以评估射频通道是否正常。

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