[发明专利]用于空间功率合成的功分喇叭天线及其阵列

说明书

技术领域

本发明涉及空间功率合成技术领域，具体的说是一种用于空间功率合成的功分喇叭及其阵列，功分喇叭本身可以作为一种天线使用，其阵列既可以作为功率合成天线用，也可以作为偏馈抛物柱面功率合成天线的馈源阵列单元使用。

背景技术

在雷达、电子对抗和远距离通信中，需要获得大功率的定向电磁辐射波束。当单个信号源不能产生足够的功率时，需要采用功率合成的方法，把多路较低功率的信号合成为所需要的大功率辐射，方法有两种：一是采用基于电路或波导的功率合成技术，把多路信号利用电路或波导的合成网络进行功率合成，再通过天线辐射出去，但合成网络本身存在损耗，降低了功率合成的效率；二是基于自由空间功率合成技术，通过采用空间功率合成天线，多路功率信号直接通过天线单元辐射到自由空间去，通过控制各路辐射的相位，直接在自由空间合成定向辐射的大功率电磁波束，由于没有了合成网络的损耗，合成效率较高。

在微波波段，空间功率合成天线一般采用由多个喇叭天线组成的阵列来实现，如图1所示，它由多个喇叭天线单元1组成阵列2，各路信号分别送到各喇叭天线1向空间辐射，通过调整各路信号的相位，使各路信号在给定方向合成高功率的窄波束。为了进一步提高天线的增益，增强在给定方向的场强，可以采用抛物柱面型反射面3，放在抛物柱面焦线上喇叭天线阵列辐射出来的电磁波经抛物柱面反射后在空间合成高功率的尖锐波束。

对于空间功率合成天线来说，辐射功率、天线的增益和波束宽度是重要的指标。空间功率合成除了要求能把各路信号的功率合成以外，还要求能形成所需要的窄波束，以提高天线增益，增大系统的等效全向辐射功率(EIRP)，使给定方向的辐射更强。要提高天线的增益，获得更窄的波束，必须加大天线的口径尺寸。这需要更多的喇叭单元或者更大的阵列单元间距。更多的喇叭单元意味着更多的功放路数，这会大幅度提高系统的成本。如果不增加喇叭阵列的单元数，通过简单增大单个原来的喇叭的口径，加大喇叭阵列单元之间的间距，也可以加大天线的口径，然而，如果继续采用原有形式的喇叭的话，根据天线阵列理论，当阵元间距大于1个波长时，天线方向性图会出现栅瓣，使功率在不需要的方向辐射，这一方面浪费能量，降低功率合成效率，另一方面会产生不必要的干扰。由于这个因素的限制，现有技术无法得到高增益、窄波束的大功率辐射。

美国专利申请US005515009A公开了一种空间功率合成器，该空间功率合成器包括圆极化的波纹喇叭天线，半月形的透镜，和放大器阵列。其功率合成原理是喇叭天线发射电磁波，由透镜矫正相位和幅度，使之等幅同相合成，再由放大器阵列放大后以正交极化方式重新发射，经透镜聚焦后返回喇叭天线。但由于采用了传统的喇叭天线，加大喇叭口径会出现栅瓣，无法合成高增益、低副瓣的大功率窄波束。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能够在功率合成路数不变的情况下，实现合成高增益、低旁瓣、窄波束电磁辐射的喇叭天线及其阵列。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

用于空间功率合成的功分喇叭天线，由功率分配辐射口、匹配过渡段、波导馈线依次无缝连接构成；所述功率分配辐射口由空心矩形波导和位于空心矩形宽边中间的赋形金属尖劈组成，空心矩形波导宽度大于一倍工作波长而小于两倍工作波长，赋形金属尖劈把功率分配器的口径分割成相同的两部分，赋形金属尖劈由金属板做成，前端为非渐变部分，非渐变部分后面与渐变部分连接在一起，非渐变部分高度等于矩形波导的高度。

为进一步是实现本发明的目的，所述非渐变部分厚度为波导管壁厚的两倍。

所述渐变部分为厚度和高度逐渐减少的金属片。

所述匹配过渡段用于实现波导馈线到功率分配辐射口的过渡连接和减少功率的反射，它可以是一个金属做的空心角锥形喇叭。

所述波导馈线由空心的矩形金属管构成，为一段小尺寸的标准矩形金属波导。

本发明给出的功分喇叭天线即可以单独使用，也可以组成阵列使用。用于空间功率合成的功分喇叭天线阵列由至少2个功分喇叭天线紧靠排成组成。