宽带宽角扫描开口波导相控阵列天线.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113036440A(43)申请公布日2021.06.25(21)申请号202110262856.6(22)申请日2021.03.10(71)申请人复旦大学地址200433上海市杨浦区邯郸路220号(72)发明人梁修业关放黄浩张喆曾建平刘晓晗资剑(74)专利代理机构上海正旦专利代理有限公司31200代理人陆飞陆尤(51)Int.Cl.H01Q13/06(2006.01)H01Q21/06(2006.01)H01Q21/00(2006.01)H01Q1/50(2006.01)H01Q1/48(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称宽带宽角扫描开口波导相控阵列天线(57)摘要本发明属于天线技术领域，具体为一种宽带宽角扫描的开口波导相控阵天线。阵列由矩形开口波导天线单元以正三角形栅格排列而成。阵列口径处加载表面调制结构，包含金字塔型介质凸起结构和锥形金属侧壁。金字塔型介质凸起作为阻抗渐变结构，用于实现宽角扫描阻抗匹配；锥形金属侧壁作为电磁带隙结构，用于产生表面波带隙，抑制工作频段内的扫描盲点。该阵列在40%的工作带宽内可实现主平面±65°以上的扫描，结构紧凑、可靠性高。CN113036440ACN113036440A权利要求书1/1页1.一种宽带宽角扫描开口波导相控阵天线，其特征在于，由若干矩形开口波导天线单元以正三角形栅格形式排列而成的M×N的二维阵列；其中，天线单元的基本形状为一长方柱体，由三段构成，从上到下依次为：表面调制结构、具有介质填充块的矩形波导、馈电网络；天线单元在底部通过同轴接头激励馈电，阵列底部由一金属地板固定；其中，所述阵列采用正三角形栅格排布，其含义是，阵列中，在同一行方向，天线单元是顺序延拓排列；而在相邻两行之间，其中相邻三个天线单元的中心轴线成正三角形分布，而且，相间两行的天线单元位置平齐；所述矩形波导中介质填充块的材料是介电常数大于1的低损耗介质材料；所述矩形开口波导天线单元为单线极化工作天线，主模为TE10模式。2.根据权利要求1所述的宽带宽角扫描开口波导相控阵天线，其特征在于，所述表面调制结构，包含金字塔型介质凸起结构和三角形金属侧壁；这里，所谓金字塔型介质凸起结构是一四棱锥体，四棱锥体的底部为与矩形波导匹配的矩形；在四棱锥体的宽边一侧的金属侧壁为两个相同结构并列排布的等腰三角形，在四棱锥体的窄边一侧的金属侧壁为一个等腰三角形；金字塔型介质凸起结构和三角形金属侧壁的高度相同，并且约为中心频率的半波长。3.根据权利要求2所述的宽带宽角扫描开口波导相控阵天线，其特征在于，所述馈电网络包含同轴输入段、模式转换段和阻抗变换段三部分；同轴输入段由标准的SMP同轴接头实现；模式转换段包含圆同轴线内导体、方同轴线内导体和脊适配段，用于实现圆同轴线内TEM模式向方同轴线内TEM模式的转变，进一步通过脊适配段实现向TE10模式的平滑过渡；阻抗匹配段由四阶切比雪夫阻抗变换器实现。4.根据权利要求3所述的宽带宽角扫描开口波导相控阵天线，其特征在于，所述矩形波导中的介质填充结构和金字塔型介质凸起结构做成一体化介质填充块，通过物理限位的方式填充在波导内部；所述方同轴线和脊适配段均为空气。5.根据权利要求3或4所述的宽带宽角扫描开口波导相控阵天线，其特征在于，波导外壁和内部的圆同轴线内导体、方同轴线内导体、脊适配段、四阶契比雪夫变换器采用金属结构，波导内介质填充块和金字塔型介质凸起结构采用介电常数为2.2的聚四氟乙烯材料。2CN113036440A说明书1/3页宽带宽角扫描开口波导相控阵列天线技术领域[0001]本发明属于天线技术领域，具体涉及一种开口波导相控阵列天线。背景技术[0002]金属波导天线因其结构简单、低损耗高增益、可靠性高、功率容量大和加工方便等诸多优良特性而在雷达、通信、射电天文等领域得到了广泛的应用。波导天线可通过在其金属侧壁上开缝形成缝隙阵列天线，作为高增益定波束阵列天线来使用，也可以在一个维度上形成频率扫描或者通过多根波导并排形成相位扫描。然而，缝隙天线由于其强谐振特性，工作带宽较窄，除此之外难以形成二维相控扫描。[0003]相控阵天线由于其高数据率，快速准确的波束捷变能力等优点近年来在军事和民用领域得到了广泛的应用。不同于波导侧壁开缝，将开口波导二维排列，可以形成二维相控阵天线。然而，将波导组成阵列后，由于互耦效应，天线的特性与单天线有很大的差异。一方面，互耦会使得阵列在大角度扫描时，有源阻抗变化较大，造成输入端口阻抗失配，严重影响辐射效率。另一方面，由于波导口面处表面波模式的存在，使得在特定角度下，弗洛凯模式和表面波模式强耦合，造成“扫描盲点”，表现为天线端口阻抗完全失配，有源反射系数接近于1。多年来