[發明專利]一種基于相控陣饋電的變型柱面/球面龍伯透鏡天線

有效

• 申請號: 201810575444.6
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108808260B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 屈世偉;馮鵬雨
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q15/08
• 分類號: H01Q15/08;H01Q19/06;H01Q21/00;H01Q21/29
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發明公開了一種基于相控陣饋電的變型柱面/球面龍伯透鏡天線，屬于無線通信技術、雷達技術領域。該天線包括變型柱面/球面龍伯透鏡，以及若干組作為饋源的有源平面相控陣天線。通過合理設計變型龍伯透鏡與相控陣天線兩者之間的位置關系，并對作為饋源的相控陣天線進行激勵系數的優化，從而在所需方向形成波束，實現波束電掃描或同時多波束。與傳統龍伯透鏡相比，本發明具有高增益，高有效全向輻射功率(EIRP)，高掃描精度，低質量，小體積，并且采用平面陣列饋源，便于加工和系統集成等特點和優勢，可用于雷達和通信系統。

技術領域

本發明屬于無線通信技術、雷達技術領域，具體涉及變型柱面/球面龍伯透鏡天線利用相控陣進行饋電。

背景技術

多波束天線(Multi-Beam Antenna)是眾多天線中的重要形式之一，因其具有增益高、成本低、同時產生多波束等優點，現已廣泛應用于衛星通信、雷達系統以及電子對抗等多個技術領域。常見的多波束天線主要有三大類：多波束相控陣天線、多波束反射面天線、多波束透鏡天線。傳統的多波束天線多采用相控陣的形式，天線性能較為穩定，波束掃描控制很方便，但是傳統的相控陣天線需要較為龐大復雜的饋電網絡，需要大量的T/R組件，使其成本過高，并且在某些極端條件下的應用，例如潮濕、鹽霧、高溫等環境中，在使用過程中極易造成損毀，維護起來也不方便，從而極大的降低它的使用壽命，存在性價比不高的問題。具備多波束性能的反射面天線的結構簡易，但是其口徑較大，抗風抗雨性能差、波束覆蓋范圍有自己局限性，同時饋源對天線存在遮擋，降低了天線的效率。此外反射面天線的波束掃描多采用機械方式，由于反射面的體積較大，重量較重，這就使得波束掃描的速度也較慢，整體結構笨重。多波束透鏡天線采用對稱結構，多數情況下是由防潮抗酸耐腐蝕的介質材料構成，因此，其形成的波束一致性好，波束覆蓋范圍大，對周圍環境的適應力強的特點。隨著現代天線工作頻率的不斷提高，現代材料科學的進步，介電常數穩定、介質損耗較低、密度低的介質材料的不斷涌現，透鏡天線技術也不斷進步發展，其體積和重量越來越適于實際應用，加工精度不斷提高，口徑效率也隨之增大，相較于上述兩種多波束天線形式，介質透鏡天線的優勢愈發顯得明顯，受到了天線研究人員的關注。

龍伯透鏡天線的概念在上世紀40年代由S.K.Luneburg最先提出以來，理論上的龍伯透鏡介質的相對介電常數從里而外滿足2到1的變化規律。相對于其它種類的多波束天線而言，由于其結構的空間對稱性，龍伯透鏡最主要的優點就是其焦點可以在表面上的任意位置、任意方向的信號都能被其接收或由其發射，不再局限在某一個固定的方向；其次，由于龍伯透鏡的主體結構通常由介質材料構成，對于電磁波以及各類電信號的干擾和反射都較小，非常適合用在隱身目標上。柱面龍伯透鏡天線是由球形龍伯透鏡衍生而出的，相較于球形龍伯透鏡天線，柱面龍伯透鏡天線的結構是柱形旋轉對稱結構而不是球對稱結構，因此柱面龍伯透鏡可以將柱面波轉換成平面波，故而柱面龍伯透鏡天線具有方位面波束窄而俯仰面波束寬的波束特點。由于柱面龍伯透鏡天線具有旋轉對稱結構，理論上透鏡天線圓柱面上的任意一點都可以作為天線的焦點，相較于其他形式的多波束天線，具有很大優勢。當需要產生多個波束時，可沿柱形焦點面放置多個饋源天線對透鏡進行照射，饋源間的間隔角度小于方位面的半功率波束寬度時即可實現相應的空域覆蓋。

傳統球面和柱面龍伯透鏡天線的工作機制都是在焦點處放置多個饋源天線，一個饋源天線對應一個波束，通過開關切換實現波束掃描或同時多波束。這種饋電機制下存在的問題有：由于一個波束指向只有一個饋源在工作，共有效全向輻射功率(EIRP)受限；掃描精度直接由饋源個數決定，存在波束覆蓋盲區；對饋源失焦敏感等，因此，提出一種新的饋源機制，對龍伯透鏡在實際應用中有很大意義。

發明內容

本發明針對柱面及球面龍伯透鏡天線提供一種新型的饋電機制，采用相控陣天線進行饋電。本發明能夠提高系統EIRP，提升掃描精度，提升天線增益，降低天線副瓣，具有較少掃描盲區，并且可以減少透鏡天線的體積和重量，使得其多波束的應用場景更加的靈活和高效。

一種基于相控陣饋電的變型柱面/球面龍伯透鏡天線，包括變型柱面/球面龍伯透鏡，以及若干組作為饋源的有源平面相控陣天線。