[发明专利]一种双极化宽带弱耦合馈源阵列

说明书

技术领域

本发明涉及射电天文领域中一种用于射电望远镜天线的双极化宽带弱耦合馈源阵列，特别适合用于L～Ku频段射电望远镜相控阵馈源接收机，作为双极化、宽频带、弱阵元间互耦的阵列馈源前端，也可应用于通信、测控和无线电监测等领域中反射面天线的馈源。

背景技术

随着射电天文技术的发展，天文学家对宇宙射电源的观测需求不断增加。在射电望远镜数量无法显著增加的情况下，使用多波束天线技术可以有效地提高观测速度，如在澳大利亚Parkes64m和波多黎各的Arecibo305m射电望远镜上以增加馈源数量的方式分别配备了13波束和7波束的多波束接收机。该方式可有效的增加波束数量，但增加的波束存在增益低、旁瓣高、性能下降严重的问题。相控阵馈源以一个小型相控阵天线代替波导馈源馈电，通过数字波束合成网络将各个阵元接收到的信号赋权合成，形成多个独立的瞬时波束，从而连续覆盖某一天区，或对多个独立的目标进行同时观测。由于可以修正偏焦造成的相位误差，该技术可有效解决前者存在的问题。而作为相控阵馈源的重要组成部分，馈源阵列前端的设计对整个系统的性能至关重要。

与一般的阵列天线不同，相控阵馈源位于反射面天线的焦平面，因此接收的是被反射面汇聚的球面波，而非平面波，根据天线焦平面的场分布，阵列单元按六边形排布更利于信号的接收。同时，由于焦平面场分布随入射波入射角度的不同，为完整的采集焦面场分布信息，阵元间距一般要求很小。

系统带宽和噪声温度是影响射电望远镜灵敏度的关键因素。由于相控阵馈源的工作频带主要决定于前端阵列的带宽，因此馈源阵列应尽量工作在宽频带上。常用的宽带阵列单元有宽带振子、Vivaldi等形式，但二者的方向图很宽。由于相控阵馈源要求阵元间距很小，因此互耦的影响十分明显，由此导致了的阵元与低噪声放大器的阻抗失配，阻抗失配引起的噪声是系统噪声的主要来源之一。此外，Vivaldi形式的阵元还不易与制冷的低噪声放大器连接，进一步限制了降低系统噪声温度的可能。

背腔天线在2：1的带宽内具有良好的性能，腔体还有利于减小相邻单元间的互耦，但常用的矩形和圆形背腔体积较大，因此一般只能单独使用，难以用作阵列天线的单元。矩形背腔天线在组成六边形阵列时，相邻行阵元的背腔相互干涉，难以满足相控阵馈源所要求的阵元间距。同时，矩形和圆形背腔天线组阵时阵元间存在间隙，接收面积不连续，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于避免背景技术中的不足之处而提出了一种双极化宽带弱耦合馈源阵列，特别适合用作L～Ku频段相控阵馈源的前端。

本发明的目的是这样实现的：

一种双极化宽带弱耦合馈源阵列，由反射背腔振子天线排布而成，所述的反射背腔振子天线包括辐射器1、同轴馈线2、金属支撑柱3、反射背腔和匹配圆盘5；辐射器1位于反射背腔的口面，由设置在反射背腔内的同轴馈线2和金属支撑柱3支撑；匹配圆盘5平行于辐射器1之上，由设置在辐射器1上的介质柱9支撑；其特征在于：所述的反射背腔为六边形反射背腔4。

其中，每个反射背腔振子天线的六边形反射背腔分别与相邻的反射背腔振子天线的六边形反射背腔共用反射背腔的一边。

其中，各个反射背腔振子天线位于一个平面内，以中心的反射背腔振子天线为基准，按照六边形方式自中心向周边进行排布。

相邻的反射背腔振子天线的中心间距为小于1/(2sinθ)λ和λ中的较小的值；其中，λ为工作频段中心频率的波长，θ为天线焦点对反射面边缘的半张角。

所述的六边形反射背腔的高度为0.25λ；反射背腔内切圆的半径为0.3λ～0.5λ，其中，λ为工作频段中心频率的波长。

辐射器1由两个正交放置的宽臂对称振子6组成，振子臂由馈电处以90°夹角逐渐展宽，达到设定宽度后延伸至所需长度；振子臂宽度为0.16λ～0.25λ，长度为0.20λ～0.25λ；其中，λ工作频段中心频率。

辐射器1两对称轴分别与六边形反射背腔4的对称轴重合。

匹配圆盘5为一金属圆盘，半径取值在0.15λ～0.25λ之间，距六边形反射背腔4口面的高度为0.05λ～0.15λ。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1.本发明根据焦面场的分布规律，采用六边形小间距组阵形式，更有利于能量的接收，同时满足对焦面场分布的采样要求，可实现射电望远镜天线更高的性能。

2.本发明采用一种小尺寸六边形反射背腔4的设计技术，减小了反射背腔的径向尺寸和对角反射背腔阵子天线间的物理干涉，克服了现有矩形背腔难以实现小间距组阵的缺陷。