[发明专利]基于SICL谐振腔圆环缝隙和印刷振子的非对称双极化天线装置

说明书

本发明涉及双极化天线制造技术领域，具体的说是一种基于SICL谐振腔圆环缝隙和印刷振子的非对称双极化天线装置，其特征在于设有介质集成同轴线谐振腔体圆环形辐射缝隙和印刷单极子，二者之间为在垂直方向采用空气隙隔离，两个双极化端口均由印刷电路技术实现，其中采用介质集成同轴线谐振腔加载圆环形缝隙构成一个极化端口，采用小型化印刷矩形单极子天线作为与之正交的极化端口，两个极化端口之间是非对称的，但在空间形成正交的辐射场，可产生双极化的工作模式，本发明设计的双极化天线结构简单，成本较低。本发明适用于双极化雷达、通信系统等场合，具有平台的适应性和较广泛的应用领域。

技术领域：

本发明涉及双极化天线制造技术领域，具体的说是一种基于SICL谐振腔圆环缝隙和印刷振子的非对称双极化天线装置。

背景技术：

在双极化天线的具体类型中，根据辐射机理，双极化天线可分为双极化振子天线、双极化口面天线、双极化缝隙天线和双极化微带天线等。根据馈电方式的不同，双极化天线又可以分为同轴馈电双极化天线、微带馈电双极化天线、波导馈电双极化天线、电磁耦合馈电双极化天线等。喇叭天线由于其多功能性、简单性和好的辐射性能，在微波测量、雷达和探测系统中有广泛的应用。脊喇叭天线增益高，阻抗低，体积小，易于和传输线连接，适合用在雷达、电子对抗设备以及微波电子器件中。

国外在轨或在研星载合成孔径雷达，其中SIR-C、RadarsatII、Terra-X和ESA L-SAR都采用了双极化固态有源相控阵天线，实现全极位能力。微带和波导缝隙天线阵各有应用，通常C波段以下采用微带天线阵，而C波段以上波导缝隙天线仍具有较大优势，这是由微带线和波导传输线自身特性所决定的，比较典型的是加拿大C波段Radarsat-I，后续型号RadarsatIl则密原来的集中馈电波导缝隙阵改为微带有源相控阵。而德国的Terra-X天线工作在X波段，辐射阵采用镀银CFRP双极化波导缝隙阵，中心频率9.65GHz，带宽150MHz，高分辨时300MHz。根据计算，对于该方案所采用的16单元波导缝隙阵，带宽设计已达其极限值。SAR系统需要更宽工作带宽时，相对来说微带天线比较容易实现，而对于波导缝隙阵就需要复杂的结构，带来加工难度和成本的提高。

在国外，双极化天线也获得了深入研究和广泛应用。双极化的研究内容涵盖了双极化微带天线、宽带和超宽带双极化天线、双极化介质谐振器天线、双极化背腔式天线、双极化喇叭天线、双极化缝隙天线、双极化单极子天线和双极化透镜天线等领域。

缝隙天线是在金属体表面开缝，所开缝隙必须截断金属壁表面电流，表面电流的一部分绕过缝隙，而另一部分以位移电流的形式沿原方向流过缝隙，位移电流的电力线将向外空间辐射。缝隙天线可以看成是由许多缝隙元组成的。缝隙的辐射原理可以通过一个理想开缝天线模型加以说明，将缝隙等效为一个磁振子天线，认为它是具有磁流源的天线，利用对偶性原理，磁振子的辐射可以通过电振子的辐射来类比。缝隙波导阵列天线具有主瓣宽度窄、交叉极化电平低等优异特性，是一种重要的微波天线可广泛应用于雷达和通信系统中。但是金属波导的体积大、重量很重、造价昂贵，而且加工完成后还需要通过调谐修正误差。而将传统的矩形波导缝隙天线的设计概念移植到基片集成传输线上同样可以形成缝隙天线阵列，并且获得足够的增益和较小的旁瓣电平。金属底面上的缝辐射器能向基片上下两个方向同时辐射电磁能量，在实际应用中，由于电路布局的原因，天线常常需要安装在某个平台之上。向下辐射的电磁波可能会影响系统中其它组件的性能，同时反射回来的电磁波对天线本身也会有影响。因此当需要天线单向辐射时，通常在缝的后面加一个金属腔或者反射壁来抑制向下辐射的电磁波，从而解决电磁兼容问题。背腔天线一般由一个金属腔体和激励源组成，而中间的激励源和背腔的形状可以有多种形式。关于背腔天线的研究从二十世纪五十年代开始，目前在各微波频段利用背腔天线已实现线极化、圆极化、双极化等形式的天线单元或阵列。在用背腔天线实现圆极化的设计中一般情况为由背腔的激励源形成圆极化，背腔的作用为稳定方向图，抑制后瓣辐射，提高天线增益。腔体可以认为是一个谐振腔，可以通过分析腔内的本征模求得腔内电场分布。但是相对于一般的封闭式的谐振腔，腔体天线有着独特的性质，例如有能量辐射、腔内电场扰动、谐振频率偏移和模式谱变窄等。