[發明專利]一種雙頻雙圓極化高效共口徑平板天線

有效

• 申請號: 202111363762.4
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114256626B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 鄭雨陽;汪偉;趙忠超;鄭治;方小川;陳明;趙磊;楊志堅;羅彥彬
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: H01Q5/20
• 分類號: H01Q5/20;H01Q5/50;H01Q1/00;H01Q1/28;H01Q1/36
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 張景云

本發明公開了一種雙頻雙圓極化高效共口徑平板天線，包括：輻射口徑層、諧振波導層、功分饋電網絡層。輻射口徑層包括方形高頻圓極化輻射單元與低頻圓極化輻射單元，相互交錯均勻排布；諧振波導層包括高頻饋電波導腔與低頻諧振波導腔，高頻饋電波導腔等間距水平分布，低頻諧振波導腔垂直穿插在相鄰高頻饋電波導腔璧間；功分饋電網絡層包括高頻饋電網絡與低頻饋電網絡，分別為一分六波導功分器和一分四波導功分器，高頻饋電網絡設置于陣列天線中軸線所在垂面上，低頻饋電網絡設置于其兩側。本發明具有結構緊湊、剖面低、體積小、重量輕、功率容量大的特點，實現了雙頻雙圓極化高效率共口徑。

技術領域

本發明涉及共口徑天線技術領域，具體來說是一種雙頻雙圓極化高效共口徑平板天線。

背景技術

為了使相控陣天線系統的體積減小、口徑利用效率增加、集成度提高、重量成本降低，迫切希望在不影響系統性能的前提下，盡量將多頻帶、多極化、多工作方式的天線設計在同一口徑面上，以適應現代衛星通信、空間測控和雷達探測等領域對多功能相控陣系統前端天線的要求，共口徑天線技術應運而生。目前國內外常見的共口徑相控陣天線多采用單層或疊層排布方式，單層排布方式受限于各頻段輻射單元物理面積，難以滿足掃描柵瓣條件；疊層排布方式易于滿足掃描柵瓣條件，但卻增加了剖面高度，同時增加了電磁兼容的設計難度，兼顧多極化饋電網絡的拓撲布局，給共口徑天線技術帶來嚴峻的挑戰。

授權公告號為“CN?106356640?B”的中國發明專利，公開“一種寬帶雙圓極化平板波導陣列天線”，采用的技術方案包括一種16×16元高增益雙圓極化平板天線，使用具有寬頻特性的波導口徑作為輻射單元，通過加載隔板極來實現雙圓極化。天線工作帶寬大于16％，工作頻帶內效率大于60％。這種全波導雙圓極化天線具有寬帶高增益特性，但隔板圓極化器的引入大大增加剖面高度，復雜的饋電網絡降低了總效率。授權公告號為“CN106356622?B”的中國發明專利，公開一種“高增益雙頻雙圓極化共口徑平面陣列天線”，采用的技術方案包括三角布陣的8×4單元輻射陣列，通過縫隙耦合的高、低頻SIW功分器饋電，實現雙頻雙圓極化共口徑。天線工作頻帶覆蓋了8.1GHz～8.29GHz和8.39GHz～8.71GHz，具有高增益，低剖面，加工成本低，易于集成等特點，但饋電網絡和輻射陣列同一平面集成增加了天線口徑，降低了口徑效率，考慮到SIW功分器較高的介質損耗與歐姆損耗，進一步降低了天線總效率，且由于選擇并排饋電的體制，天線的工作頻比受限。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種結構緊湊、饋電簡單、易于加工的低剖面雙頻雙圓極化共口徑天線。

本發明通過以下技術手段實現解決上述技術問題的：

一種雙頻雙圓極化高效共口徑平板天線，包括上下依次布設的輻射口徑層(1)、諧振波導層(2)、功分饋電網絡層(3)；所述輻射口徑層(1)包括高頻圓極化輻射單元(11)與低頻圓極化輻射單元(13)，高頻圓極化輻射單元(11)與低頻圓極化輻射單元(13)相互交錯均勻排布；諧振波導層(2)包括高頻饋電波導腔(21)與低頻諧振波導腔(22)，高頻饋電波導腔(21)等間距水平分布，低頻諧振波導腔(22)垂直穿插在相鄰高頻饋電波導腔(21)璧間；功分饋電網絡層(3)包括高頻饋電網絡(31)與低頻饋電網絡(33)，高頻饋電網絡(31)設置于陣列天線中軸線所在垂面上，低頻饋電網絡(33)設置于其兩側。

本發明引入小型化方形高頻圓極化輻射單元與嵌入式的低頻圓極化輻射單元，直接在輻射口徑實現圓極化，節省了圓極化饋電網絡空間，大大降低了天線剖面。

進一步的，所述高頻圓極化輻射單元(11)為方形開口波導腔體，腔內對稱分布兩組高度相同、長度厚度不同的金屬膜片，對主模微擾形成幅度相等、相位相差90度的正交模實現圓極化，方形開口波導腔金屬底面中軸線上開有S形激勵縫隙(12)饋電，將高頻饋電波導腔(21)內的能量耦合至高頻圓極化輻射單元(11)，縫隙長度為λ/2，其中，λ為工作頻帶內中心頻點的自由空間波長，S形激勵縫隙(12)的寬度小于其長度。