一种收发共用的高增益毫米波天线.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115863987A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211491457.8(22)申请日2022.11.25(71)申请人中国航天科工集团八五一一研究所地址211103江苏省南京市江宁区建衡路99号(72)发明人辛晓晟黄和国张夫龙李维磊王培强梁志宇佘季王一笑李涛王志翔宋哲李猛赵斌(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203专利代理师朱沉雁(51)Int.Cl.H01Q1/52(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图14页(54)发明名称一种收发共用的高增益毫米波天线(57)摘要本发明公开了一种收发共用的高增益毫米波天线，通过设计正交模耦合器的耦合孔尺寸，使正交模耦合器的隔离度在满足使用需求的前提下达到最优。将正交模耦合器与双极化天线耦合，利用正交模耦合器的同频复用特性，在保证干扰设备接收灵敏度和收发端口隔离度的前提下，实现毫米波段天线收发共用的目的，进一步降低干扰设备的体积和重量。本发明结构体积小、重量轻，在实现毫米波段天线收发共用设计的同时即保证了干扰设备的接收灵敏度又保证了收发端口具有满足需求的隔离度；本发明具有通用性，可用于多种小型平台的毫米波段干扰设备。CN115863987ACN115863987A权利要求书1/1页1.一种收发共用的高增益毫米波天线，其特征在于：在毫米波双极化天线上耦合正交模耦合器，通过设计正交模耦合器的耦合孔尺寸，使正交模耦合器的隔离度在满足使用需求的前提下达到最优。2.根据权利要求1所述的收发共用的高增益毫米波天线，其特征在于：根据电磁场波动方程和波导传输理论，得到正交模耦合器耦合孔的电场耦合系数k1：正交模耦合器耦合孔的磁场耦合系数k2：式中，为波导内电流源，为波导内磁流源，为电流源的单位矢量，为磁流源的单位矢量，ez1为在+z方向的电场分量，hz1为在+z方向的磁场分量，V为包围源体积，S为包围源体积的封闭表面，为变量z的参数估计值，f为工作频率，z、v和s为中间变量，e为自然对数函数的底数，j为虚数单位；由上述两式，正交模耦合器的耦合度即隔离度和耦合孔的尺寸相关。3.根据权利要求2所述的收发共用的高增益毫米波天线，其特征在于：由于正交模耦合器的隔离度和耦合孔的尺寸相关，通过HFSS仿真软件对正交模耦合器的耦合孔尺寸进行优化仿真，得到隔离度最优时正交模耦合器的矩形耦合孔尺寸为1.27mm*0.64mm。4.根据权利要求3所述的收发共用的高增益毫米波天线，其特征在于：正交模耦合器上设有公共端口、接收信号侧方端口、干扰信号输出直通端口，公共端口耦合毫米波双极化天线的收发端，接收信号侧方端口用于外接毫米波干扰设备，直通端口用于外接毫米波干扰设备的功率放大器。2CN115863987A说明书1/4页一种收发共用的高增益毫米波天线技术领域[0001]本发明属于毫米波天线领域，具体涉及一种收发共用的高增益毫米波天线。背景技术[0002]在电子对抗领域中，为实现对威胁雷达信号的侦收和瞄准式干扰，干扰设备通过侦收链路对威胁雷达的雷达信号进行接收和信号参数分析，根据信号测量结果产生对应的干扰信号，对威胁雷达实施干扰。而干扰设备受尺寸、空间的限制，往往只能采用收发一体的方式设计天线，即接收链路和发射链路共用一个天线通道，到了设备内部分为接收和发射两个不同的端口，这就需要干扰设备将接收到的信号和发射的信号进行分离并具有一定的隔离度。同时，由于毫米波段信号空间衰减大，对毫米波干扰设备的接收灵敏度需求较高，也要求威胁雷达信号从空间中进入设备接收端口的损耗尽可能小。[0003]采用收发共用天线的干扰设备用来分离接收信号和发射信号的方式有多种，一种是采用环形器的方式，一种是采用定向耦合器的方式，一种是采用开关切换的方式。第一种方式由于毫米波段干扰设备的工作频段较宽且发射功率较大，要保证收发端口隔离度的前提下实现小型化设计，技术难度大。第二种方式由于定向耦合器的输入端与耦合输出端之间存在一定量的信号衰减，会牺牲系统接收灵敏度，不利于干扰设备对威胁雷达信号的侦收。第三种方式，在承受大功率发射信号的基础上，要求较高的开关切换速度，技术上无法实现。因此，以上三种方式对于采用收发共用天线的毫米波干扰设备都无法解决接收和发射信号的分离问题。发明内容[0004]本发明提出了一种收发共用的高增益毫米波天线，在保证毫米波干扰设备收发端口隔离度和系统接收灵敏度的前提下，进一步降低设备体积和重量，进行标准化、通用化、系列化的“三化”设计，以满足毫米波干扰设备小型化设计方面的要求。[0005]实现本发明的技术解决方案为：一种收发共用的高增益毫米波天线，在毫米波双极化天线上耦合正交模耦合器，通过设计正交模耦合器的耦合孔尺寸，使正交模耦合器的隔离度