[发明专利]一种降低空域极化畸变的超宽带相控阵天线

说明书

本发明公开了一种可降低空域极化畸变的超宽带相控阵天线，由若干个斜线极化天线单元、与天线单元正交放置的金属隔板和反射底板组成；通过调整金属隔板的尺寸改变天线单元的表面电流分布，从而调节天线水平极化分量场和垂直极化分量场的增益大小，最大程度地抑制相控阵天线在波束扫描情况下的极化畸变。本发明具有宽带宽角特性、结构简单易加工，具有重要的实际工程应用价值。

技术领域

本发明属于超宽带相控阵雷达天线技术领域。

背景技术

超宽带相控阵雷达技术是当前相控阵雷达技术发展的重要方向，这主要与相控阵雷达在多目标、多功能情况下要完成的许多新任务密切相关。随着相控阵雷达技术的不断发展，为提高自身的作战能力和范围，除要求雷达天线具有超宽工作频带外，还要求大空域覆盖、宽角度扫描等能力。因此，在改善相控阵天线工作带宽的同时兼顾宽角度扫描特性就成为亟待解决的关键课题。

天线与来波的极化匹配度决定了其侦测的效能，被动侦测相控阵雷达通常采用方位面波束扫描的斜线极化超宽带相控阵天线，以兼顾同时探测水平极化和垂直极化电磁波的能力。

根据天线理论，在给定频率和空间指向的远场区，天线存在着某一确定的极化方式，随着工作频率和空间指向的不同，天线辐射场的极化方式也有所不同，这意味着天线的极化是频率和空域指向的函数，且与天线形式有关，由于单元互耦以及实际单元方向图调制的作用，不同形式天线在波束扫描状态下的水平极化分量场的增益和垂直极化分量场的增益比存在差异，导致天线的极化在各个扫描波位上存在不同程度的畸变，进而影响雷达对水平极化来波和垂直极化来波的侦测能力。特别是超宽带相控阵天线的扫描波位众多，需要针对实际天线进行全尺寸建模仿真与分析并采取相应措施，最大程度地抑制扫描状态下极化畸变，改善雷达的侦测性能。

发明内容

针对上述所陈述现状的不足，即斜线极化的超宽带相控阵天线在波束扫描时水平极化场分量场的增益和垂直极化分量场的增益变化量不能保持一致导致极化畸变严重的问题，本发明设计了一种降低空域极化畸变的超宽带相控阵天线，包括天线单元、金属隔板和反射底板，其中所述天线单元与金属隔板垂直固定于反射底板同侧，金属隔板与天线单元正交放置。相控阵天线单元可以是指数渐变槽或印刷振子等形式，通过单元之间的耦合效应实现超宽带工作特性。本发明可以采用矩形栅格或三角形栅格排布进行单元组阵，天线单元与金属隔板可通过连接器或紧固件等固定器件垂直固定于反射底板同侧，天线单元与金属隔板正交放置。

本发明关键在于与斜线极化天线单元正交放置的金属隔板的引入，该部件影响了天线单元的表面电流分布，进而改善天线单元的空域极化特性，通过调节金属隔板的尺寸，最大程度地降低相控阵天线在波束扫描情况下的极化畸变。

附图说明

图1是三角形栅格排布的32×4单元规模超宽带相控阵天线的俯视图，由45°线极化天线单元1、与天线单元正交的金属隔板2和反射底板3组成，其中天线单元一般首选指数渐变槽天线。

图2是图1超宽带相控阵中一个45°线极化对跖型指数渐变槽天线单元的立体结构图，天线单元为一块表面覆铜的高频介质基板。

图3是图1超宽带相控阵中与天线单元正交放置的一个金属隔板立体结构图，金属隔板一般为铝制。

图4是图1超宽带相控阵在未引入金属隔板情况下的中心单元在波束方位面扫描至0°、10°、30°、45°时的有源驻波曲线。

图5是图1超宽带相控阵在未引入金属隔板情况下，当波束在方位面扫描至0°时工作频带内的总场增益分别与水平分量场增益和垂直分量场增益的比值统计曲线。

图6是图1超宽带相控阵在未引入金属隔板情况下，当波束在方位面扫描至10°时工作频带内的总场增益分别与水平分量场增益和垂直分量场增益的比值统计曲线。