[發明專利]圓極化精密近進仰角天線及相控陣

在審

• 申請號: 201410735355.5
• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN104466403A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 胡衛東;金秀梅;劉魯軍;蔡安娜
• 申請（專利權）人: 安徽四創電子股份有限公司
• 主分類號: H01Q3/26
• 分類號: H01Q3/26;H01Q3/30
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明屬于相控陣天線技術領域，具體涉及精密近進仰角天線及相控陣。

背景技術

相控陣圓極化精密近進仰角天線是機場精密近進雷達的關鍵部件，精密近進雷達是隨著機場現代化發展，對安全性要求越來越高的情形下新發展的一種雷達，其作用是安裝在飛機起飛/降落跑道的側面，對飛機降落的高度、進場角等關鍵數據進行精密測量，作為飛機駕駛員的輔助資料，幫助飛機更加安全的降落。根據規定，一般精密近進雷達采用航向天線提供航向信息，下滑天線提供仰角信息。兩個天線在對方掃描的區域保持覆蓋，即下滑天線的方位覆蓋需要包括航向天線全部的方位掃描區域，航向天線同樣覆蓋下滑天線仰角掃描的全部區域。下滑天線又稱為仰角天線，一般仰角天線的方位覆蓋±15°。仰角天線的仰角波瓣寬度0.6°。

最新的精密近進雷達的方位及仰角天線采用相控陣形式，相控陣天線的孔徑由大量相同輻射單元組成，輻射單元可以是裂縫、偶極子或貼片。因為精密近進雷達仰角天線要求實現方位覆蓋30°，一般單一天線單元的波瓣寬度在60°以上，所以一種實現方位30°覆蓋的辦法是采用多個單元合成?？紤]精密近進雷達全天候實現功能的需要，要求精密近進雷達仰角天線為圓極化，因此單元陣列的網絡的復雜性將大大增加，因此這種相控陣形式不適合實現精密近進雷達仰角天線。

考慮到平行板對電場垂直與板或電場平行與板的電磁場的波速的影響不同(兩者在板間的電場分布分別是均勻分布和余弦分布)，因此適當調整平行板的間隔和延伸的距離就可以獲得預想的相位差，當天線單元是45°線極化，可以提供垂直和平行的兩個等幅電場分量，那么就可以實現圓極化，這樣天線單元的結構就十分簡單。而采用斜隔柵喇叭天線單元就可以便利地實現45°線極化，無需任何合成或圓極化網絡。

發明內容

為了實現精密近進雷達的方位30°覆蓋功能，本發明提出一種圓極化精密近進仰角天線及相控陣。

圓極化精密近進仰角天線由喇叭天線單元2、變臺階脊波導同軸變換器3和一對翼板1組成；所述喇叭天線單元2為具有斜隔柵的喇叭天線，實現固定傾斜角的斜極化；喇叭天線單元的饋電端連接著變臺階脊波導同軸變換器的傳輸端，喇叭天線單元的輻射端連接著一對翼板；所述一對翼板的一端相互平行，與喇叭天線單元的輻射喇叭連接，另一端具有張角α為10°～40°，兩塊翼板呈喇叭狀；所述一對翼板既壓窄天線水平波瓣寬度，同時實現圓極化。

圓極化精密近進仰角天線小陣由八個圓極化精密近進仰角天線并聯連組成，為小型相控陣，工作在X波段，中心頻率f₀為9.1GHz。

圓極化精密近進仰角天線大陣由128個圓極化精密近進仰角天線并聯組成的大型相控陣，工作在X波段，中心頻率f₀為9.1GHz，方位覆蓋30°。

本發明的有益技術效果體現在以下方面：

1、利用變張角翼板既壓縮仰角天線水平波瓣寬度，同時實現圓極化；

電場垂直于翼板的電磁場在板間為均勻分布，其橫向傳輸常數為0；電場平行于翼板的電磁場在板間為余弦分布(金屬表面電場為0)，其橫向傳輸常數為π/h，其中h為板間間距，因此兩種電磁場的z向傳輸常數不同，經過一段距離后，兩者之間將存在相位差，相位差由板間間距和傳輸距離決定，特別當采用變張角翼板，即h(z)為z的函數，也可以計算平行電場的傳輸常數β(z)，并對其積分獲得累計的相位差。

β²(z)＝k²-(π/h(z))²

K＝2π/λ

變張角翼板最后的口徑大小，由仰角天線的水平波瓣寬度決定。可以在喇叭口面起始段先不變間距延伸一段，最后再張開來，直到最后的口徑，延伸段的長度，以及最后的張角由上述的相位差計算公式決定，在實現圓極化場合就要求在最后的口面兩個電場的相位差為90°。

很顯然，不存在惟一解，整個翼板的延伸長度，大張角對天線性能的影響都作為額外的考慮因素來決定采用哪個解。

2、斜隔柵喇叭天線單元

我們要實現圓極化，必須要提供一個45°斜極化的天線單元，提供等幅的兩個正交電場的電磁場。利用斜隔柵在喇叭天線單元的波導饋電口改變喇叭天線單元的電場特性是在衛星電視天線領域常用的一種斜極化天線單元。一般用3段斜隔柵將波導口分割成四個部分，中間兩個部分也相當于一種波導的截面，其長度應該滿足工作頻段傳輸TE₁₀模的要求，即大于λ/2。這種斜隔柵喇叭天線單元可以獲得良好的匹配。