[實(shí)用新型]一種寬帶弱耦合相控陣饋源單元

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220512375.2
• 申請日: 2012-10-08
• 公開（公告）號: CN202797262U
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伍洋;張小義;杜彪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q15/16;H01Q19/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及射電天文領(lǐng)域中一種用于射電望遠(yuǎn)鏡天線的寬帶弱耦合相控陣饋源單元，適合用作L～Ku頻段射電望遠(yuǎn)鏡相控陣饋源的組成單元，也可應(yīng)用于通信、測控和監(jiān)測反射面天線的相控陣饋源，組成寬帶低交叉極化、低反射損耗的高性能相控陣饋源前端。其布陣形式為三角形或圓環(huán)形排布，可實(shí)現(xiàn)單極化或雙極化工作。

背景技術(shù)

隨著射電天文技術(shù)的發(fā)展，天文學(xué)家對宇宙射電源的觀測需求不斷增加。在射電望遠(yuǎn)鏡數(shù)量無法顯著增加的情況下，使用多波束天線技術(shù)可以有效地提高觀測速度，如在澳大利亞Parkes64m和波多黎各的Arecibo305m射電望遠(yuǎn)鏡上分別配備了13波束和7波束的多波束接收機(jī)。相控陣饋源是射電天文技術(shù)的重要研究方向之一，它以一個小型相控陣天線代替波導(dǎo)饋源饋電，通過數(shù)字波束合成網(wǎng)絡(luò)將各個單元接收到的信號賦權(quán)合成，與使用傳統(tǒng)的饋源組饋電的射電望遠(yuǎn)鏡相比具有偏軸波束增益更高、視場更廣，覆蓋區(qū)域連續(xù)的特點(diǎn)，因此被認(rèn)為是新一代的多波束接收機(jī)技術(shù)。作為相控陣饋源的重要組成部分，天線陣列前端的設(shè)計對整個接收機(jī)系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。

眾所周知，單元間的互耦效應(yīng)是影響陣列天線性能的重要因素。互耦的影響主要表現(xiàn)在單元的陣中方向圖和阻抗與處在自由空間時有很大的不同，導(dǎo)致陣列實(shí)際的性能與不考慮互耦效應(yīng)的理想情況下存在較大差異。單元間的互耦與單元間距有很大的關(guān)系，單元間距越小，互耦越強(qiáng)烈。而相控陣饋源的單元間距很小，互耦的影響十分明顯，單元與LNA的阻抗失配引起的噪聲在L及以上頻段是相控陣饋源系統(tǒng)噪聲的主要來源之一。由于射電望遠(yuǎn)鏡的靈敏度與系統(tǒng)溫度成反比，對于追求極低系統(tǒng)噪聲溫度的射電望遠(yuǎn)鏡而言，降低由互耦引起的噪聲是設(shè)計的一個關(guān)鍵點(diǎn)。

射電望遠(yuǎn)鏡的靈敏度與天線帶寬的平方根成正比，而相控陣饋源系統(tǒng)的帶寬又決定于陣列單元的帶寬，因此陣列單元的帶寬也是相控陣饋源研制的重要參數(shù)。常用的寬帶陣列單元有寬帶振子、Vivaldi等形式，寬帶振子形式的單元雖可實(shí)現(xiàn)較寬的帶寬，但方向圖較寬，對稱性差，單元間的互耦較強(qiáng)；Vivaldi單元的帶寬更寬，互耦強(qiáng)烈，且不易與后端制冷的LNA連接。背腔天線具有良好的性能，但常用的矩形和圓形背腔體積較大，因此一般只單獨(dú)使用，難以用作陣列天線的單元。矩形背腔天線在組成三角形陣列時，相鄰行單元的背腔相互干涉，難以滿足相控陣饋源所要求的單元間距。同時，矩形和圓形背腔天線組陣時單元間存在間隙，接收面積不連續(xù)，效率較低。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于避免背景技術(shù)中的不足之處而提出了一種便于小間距三角形和圓環(huán)形組陣的寬帶弱耦合相控陣饋源單元，本實(shí)用新型還具有輻射方向圖旋轉(zhuǎn)對稱、交叉極化電平低、反射損耗小、便于連接制冷LNA等特點(diǎn)，適合用作L～Ku頻段相控陣饋源的組成單元。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種寬帶弱耦合相控陣饋源單元，包括輻射器1、同軸饋線2、金屬支撐柱3、反射背腔和匹配圓盤5；輻射器1位于反射背腔的口面，由設(shè)置在反射背腔內(nèi)的同軸饋線2和金屬支撐柱3支撐；匹配圓盤5平行于輻射器1之上，由設(shè)置在輻射器1上的介質(zhì)柱9支撐；其特征在于：所述的反射背腔為六邊形反射背腔4。

所述的六邊形反射背腔的高度為0.25λ，與腔體內(nèi)切圓的半徑為0.3λ～0.5λ，其中，λ為工作頻段中心頻率的波長。

所述的六邊形反射背腔的底部中心有一個圓形凹槽8，深度小于0.17λ；圓形凹槽8留有兩個通孔，用于引出同軸饋線2，通孔半徑與同軸饋線2的外導(dǎo)體7內(nèi)半徑相同。

輻射器1由兩個正交放置的寬臂對稱振子6組成，振子臂由饋電處以90°夾角逐漸展寬，達(dá)到一定寬度后延伸至所需長度；振子臂寬度為0.16λ～0.25λ，長度為0.20λ～0.25λ；其中，λ為工作頻段中心頻率的波長。

輻射器1兩對稱軸分別與六邊形反射背腔4的對稱軸重合。

同軸饋線2為內(nèi)外同心的金屬圓管結(jié)構(gòu)，內(nèi)穿同軸線，同軸線的外壁與金屬管壁連接。

匹配圓盤5為一金屬圓盤，半徑取值在0.15λ～0.25λ之間，距六邊形反射背腔4口面的高度為0.05λ～0.15λ；匹配圓盤5上留有4個通孔，用以連接支撐其的介質(zhì)柱9。

金屬支撐柱3頂端與輻射器1的一個振子臂相連，再連接同軸饋線2的內(nèi)導(dǎo)體8，底端連接于六邊形反射腔3底部的圓形凹槽8；同軸饋線2的外導(dǎo)體7頂端與輻射器1的另一個臂相連，底端連接于六邊形反射腔3底部的圓形凹槽8。

本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：