[發(fā)明專利]一種用于寬角掃描相控陣的雙圓極化寬帶天線輻射單元

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010129681.3
• 申請(qǐng)日: 2010-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101807742A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅耀輝;于曉樂(lè);楊紅璽;楊建超;李正軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安空間無(wú)線電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01Q1/36
• 分類號(hào): H01Q1/36;H01P1/17
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波通信領(lǐng)域，涉及一種低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用的圓極化 寬角掃描相控陣天線輻射單元。

背景技術(shù)

低軌道通信衛(wèi)星可以采用行波管放大器結(jié)合低增益天線、機(jī)械掃描點(diǎn)波束 天線或點(diǎn)波束相控陣天線進(jìn)行對(duì)地?cái)?shù)傳。與另外兩種天線相比，相控陣數(shù)傳天 線具有功耗小、可靠性高、對(duì)平臺(tái)沒(méi)有擾動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，因此具有廣泛的市場(chǎng)前景。

為了盡可能長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)現(xiàn)對(duì)地?cái)?shù)傳，相控陣天線應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)二維掃描，且 波束掃描范圍為±67.5°的錐角。為了避免在波束掃描時(shí)出現(xiàn)柵瓣，必須對(duì)天 線輻射單元的最大間距進(jìn)行嚴(yán)格控制。由相控陣天線原理可知，當(dāng)波束掃描范 圍為±67.5°錐角時(shí)，單元最大間距約為0.52個(gè)波長(zhǎng)，從而要求輻射單元的口 徑不能超過(guò)0.5個(gè)波長(zhǎng)。同時(shí)為了保證遠(yuǎn)角掃描時(shí)的波束增益，要求天線輻射 單元的波束盡可能的寬。

目前常用的相控陣天線單元包括傘形振子、單點(diǎn)或雙點(diǎn)饋電微帶天線、平 面螺旋天線、波導(dǎo)天線單元等形式。對(duì)稱振子天線只能工作于線極化，因此無(wú) 法滿足圓極化相控陣的要求；單點(diǎn)饋電和雙點(diǎn)饋電微帶天線雖然能夠通過(guò)多種 方法使其工作于圓極化，但其帶寬有限，無(wú)法達(dá)到15％的相對(duì)帶寬；平面螺旋 天線也是一種圓極化天線，其帶寬通常可以達(dá)到幾個(gè)倍頻程，但這種天線單元 的橫向尺寸大，在寬角掃描相控陣天線(一般指掃描范圍大于45度的相控陣 天線)上無(wú)法應(yīng)用；國(guó)外自七十年代開(kāi)始在寬角掃描相控陣天線上采用了波導(dǎo) 開(kāi)口輻射器，在這種天線單元中采用了介質(zhì)片周期加載技術(shù)產(chǎn)生圓極化電磁波， 但其缺點(diǎn)在于帶寬窄(一般指頻帶寬度大于10％)且重量大。

申請(qǐng)?zhí)枮閁S5,276,455，名稱為“Packaging?Architecture?for?Phased Arrays”的美國(guó)專利涉及了一種天線輻射單元。該天線輻射單元采用圓波導(dǎo)中 加載介質(zhì)膜片的方式，使波導(dǎo)內(nèi)兩個(gè)正交的線極化電磁場(chǎng)分量產(chǎn)生了90度的 相位差，實(shí)現(xiàn)了圓極化工作。但該天線輻射單元只能工作于單一的圓極化模式， 且工作帶寬有限。

申請(qǐng)?zhí)枮閁S6,300,918，名稱為“Conformal，Low?RCS，Wideband， Phased?Array?Antenna?for?Satellite?Communications?Applications”的美國(guó)專 利涉及了一種天線輻射單元。該天線輻射單元采用雙臂平面螺旋天線(Multiple spiral?arm?antenna)，由其對(duì)稱結(jié)構(gòu)使該天線工作于圓極化且?guī)捘軌蜻_(dá)到若 干個(gè)倍頻程。但該天線輻射單元間距較大，無(wú)法應(yīng)用于寬角掃描相控陣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可以應(yīng)用于 寬角掃描相控陣的雙圓極化寬帶天線輻射單元。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種用于寬角掃描相控陣的雙圓極化寬帶天線 輻射單元，其特征在于包括：波導(dǎo)殼體、左旋圓極化輸入端口、右旋圓極化輸 入端口、圓極化膜片、填充介質(zhì)、扼流槽和阻抗匹配介質(zhì)層；阻抗匹配介質(zhì)層 緊貼在波導(dǎo)殼體的左側(cè)端面上，波導(dǎo)殼體的右端側(cè)壁上對(duì)稱布置左旋圓極化輸 入端口和右旋圓極化輸入端口，圓極化膜片位于波導(dǎo)殼體的軸線上并靠近波導(dǎo) 殼體的右側(cè)端面，圓極化膜片為階梯狀的金屬膜片并與波導(dǎo)殼體的右端面固定 連接；靠近阻抗匹配介質(zhì)層的波導(dǎo)殼體的內(nèi)壁上設(shè)置環(huán)形凸起形成扼流槽，填 充介質(zhì)充滿了波導(dǎo)殼體內(nèi)部除圓極化膜片和扼流槽之外的全部空間；由左旋圓 極化輸入端口或者右旋圓極化輸入端口輸入的線極化信號(hào)首先經(jīng)過(guò)圓極化膜片 轉(zhuǎn)化為圓極化信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)扼流槽和阻抗匹配介質(zhì)層進(jìn)行阻抗匹配后向外輻 射左旋圓極化電磁波或者右旋圓極化電磁波。

所述的波導(dǎo)殼體為方形結(jié)構(gòu)，阻抗匹配介質(zhì)層為方形薄板或圓形薄板。

所述的阻抗匹配介質(zhì)層的厚度為1～3mm，扼流槽的厚度小于3mm。

所述的填充介質(zhì)和阻抗匹配介質(zhì)層均為相對(duì)介電常數(shù)為3.8～4.2的材料。

所述的波導(dǎo)殼體和圓極化膜片的材料均為鋁合金。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明采用波導(dǎo)型介質(zhì)加載圓極化器，從而在較寬的頻帶內(nèi)激勵(lì) 起圓極化電磁場(chǎng)(相對(duì)帶寬達(dá)到15％以上)。該圓極化器為階梯阻抗變換 膜片式結(jié)構(gòu)，在左旋圓極化輸入端口激勵(lì)的情況下，輻射單元工作于左旋 圓極化模式；反之在右旋端口激勵(lì)的情況下，輻射單元工作于右旋圓極化 模式，即該天線輻射單元可以實(shí)現(xiàn)雙圓極化的工作模式；