[发明专利]一种高效圆极化集成天线单元及其工作方法

说明书

本发明公开了一种高效圆极化集成天线单元及其工作方法，其天线单元包括极化片、金属壳体、同轴外导体、同轴内导体、同轴介质和加载介质，金属壳体内腔分为三段，从上至下依次为辐射段、介质加载矩形波导段和同轴段。其中，辐射段分为上下两层，上层填充有极化片，下层填充有加载介质。介质加载矩形波导段中也填充有加载介质。同轴段中由内至外嵌入有同轴内导体、同轴介质和同轴外导体，同轴内导体向上穿入介质加载矩形波导段中的加载介质，且同轴内导体的上端弯曲并穿出加载介质与金属壳体连接。本发明提供的圆极化天线单元组阵之后可实现高效宽角圆极化扫描，并且天线重量较轻，剖面高度较低。

技术领域

本发明属于相控阵天线技术领域，尤其涉及一种高效圆极化集成天线单元及其工作方法。

背景技术

采用圆极化工作方式的相控阵天线系统具有快捷、灵活、无惯性的波束控制能力和抗干扰、防雨雾、抗多径效应等优点，因此在雷达、通信和电子战系统中得到越来越多的应用。对于需大角度扫描的圆极化相控阵，圆极化天线单元的性能优劣会直接影响相控阵天线系统性能。目前，常见的宽角圆极化扫描相控阵天线单元包括微带天线形式，喇叭天线形式和螺旋天线形式。微带天线形式，为实现宽角圆极化扫描，多采用馈电网络来实现两正交极化90°相差，然而馈电网络的引入增加了设计复杂度，并且会引入插损降低天线效率；喇叭天线形式，为实现宽角圆极化扫描，一般会在馈电波导中插入圆极化器，例如隔板圆极化器，膜片圆极化器，然而极化器的引入增加了天线重量，并且剖面高度较高，不适合轻薄化得发展趋势；螺旋天线形式一方面需要馈电巴伦来给螺旋面平衡馈电，而馈电巴伦会引入插损，降低天线效率，另一方面为了抑制螺旋天线双面辐射，螺旋天线通常会增加背腔的设计，这不仅增加了结构复杂度而且重量也较重。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种高效圆极化集成天线单元及其工作方法，本发明提供的圆极化天线单元组阵之后可实现高效宽角圆极化扫描，并且天线重量较轻，剖面高度较低。

本发明采用的技术方案为：

一种高效圆极化集成天线单元，包括极化片、金属壳体、同轴外导体、同轴内导体、同轴介质和加载介质，金属壳体内腔分为三段，从上至下依次为辐射段、介质加载矩形波导段和同轴段。其中，辐射段分为上下两层，上层填充有极化片，下层填充有加载介质。介质加载矩形波导段中也填充有加载介质。同轴段中由内至外嵌入有同轴内导体、同轴介质和同轴外导体，同轴内导体向上穿入介质加载矩形波导段中的加载介质，且同轴内导体的上端弯曲并穿出加载介质与金属壳体连接。

作为优选实施方式，极化片包括极化片介质和金属极化片，金属极化片设置于极化片介质的上下表面，且相互平行。

作为优选实施方式，金属极化片为长条状。

作为优选实施方式，介质加载矩形波导段呈长方体状，且前后两端为圆角。

作为优选实施方式，金属极化片沿长边轴线方向与介质加载矩形波导段沿长边轴线方向的夹角为θ，且40°≤|θ|≤50°，可以通过调节夹角θ来控制圆极化旋向和优化圆极化性能。

作为优选实施方式，金属壳体的外轮廓呈圆柱状。

作为优选实施方式，同轴内导体垂直段与天线轴线共轴。

作为优选实施方式，由同轴内导体、同轴介质和同轴外导体形成的同轴接口符合标准射频同轴连接器接口，便于与天线后端T/R实现连接。

本发明还提出一种高效圆极化集成天线单元的工作方法，包括以下步骤：

S1.当发射信号时，发射组件馈入的射频信号，由同轴内导体在介质加载矩形波导段激励起可传输的线极化电磁波信号，在经过辐射段的极化片时，线极化电磁波的两个等幅同相正交分量产生90°相差，从而转变成圆极化电磁波对外辐射出去；