[发明专利]一种超宽带大功率正交极化阵列天线及其工作方法

说明书

本发明公开了一种超宽带大功率正交极化阵列天线及其工作方法，本发明通过射频连接器给阵列中的天线单元进行馈电，电磁信号经射频连接器进入天线单元后，沿天线单元的曲线缝向前传播并向自由空间进行辐射，随后在自由空间进行功率合成，通过控制每个天线输入信号的幅度和相位可以控制阵列天线的极化、波束指向和副瓣电平等参数。本发明可在5倍频程的带宽内实现不同极化的随意切换，实现不同极化不同扫描角度的波束扫描，单元天线的功率容量大于200W。

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种超宽带大功率正交极化阵列天线及其工作方法。

背景技术

正交极化天线阵能发射或接收两个极化正交的电磁波,因此在同一带宽内,天线可以发射或接收两种不同极化的电磁信号,有利于频率复用或者收发同时工作。

常用的正交极化阵列天线有喇叭天线阵、微带天线阵、印刷阵子天线阵等。

双极化喇叭天线阵具有功率容量高、成本低等特点，其相对带宽通常可以达到100％，若要追求更宽的频带、更小的体积则需要在波导内增加金属脊以降低其截止频率，这就给馈电网络的设计增加了相当大的难度，不便于加工。

文献《X波段宽带正交双线极化天线设计》利用正交模耦合器设计了一种正交双线极化的喇叭天线，通过对称五端口分支结构将天线工作频带扩展为8GHz～12GHz，但馈电网络过于复杂，且电气接口为波导接口，不利于组阵使用，无法满足电子对抗领域对天线宽带、易组阵方面的需求。

双极化微带天线阵具有尺寸小、剖面低、易加工等特点，但是由于其本身是一种谐振式天线，可等效为一个高Q值并联谐振电路，具有较窄的工作频带(通常其百分比带宽不超过30％)和较低的功率容量(通常不大于10W，视工作频段而定)。

文献《Ku波段双频正交极化微带阵列天线》设计了一种正交双线极化的微带天线，两种极化方式分别通过共面微带线和背向探针进行激励，结合馈电网络的有效设计将工作带宽扩展至27.86％，但是该天线采用共面微带线进行馈电且最后采用垂直过度的方式转换为SMA接头，功率容量较低，无法满足电子对抗领域对天线宽带、高功率容量方面的需求。

文献《一种宽带双极化印刷振子天线的设计》设计了一种正交双线极化的印刷阵子天线，并采用同轴结构进行馈电，便于大规模组阵使用。通过给每个天线单元配置不同的幅度、相位可以实现阵列天线不同极化状态下的波束扫描。其工作频带为1.3GHz～2.9GHz，相对带宽为60.9％。但是由于该天线仍为印制结构，功率容量较低，仍然无法满足电子对抗领域对天线宽带、高功率容量方面的需求。

发明内容

针对现有正交极化天线设计中存在的带宽窄、功率容量低和可制造性差的问题，本发明提出了一种超宽带大功率正交极化阵列天线，包括N个阵列设置的天线单元，所述天线单元包括正交极化设置的左斜单元和右斜单元，所述左斜单元和右斜单元分别关于两者的连接线轴对称，且左斜单元和右斜单元在对称轴两侧的侧边均呈倒置的指数曲线形状，相邻的左斜单元之间或右斜单元之间形成指数曲线缝；其中N>1。

进一步的，所述左斜单元和右斜单元的底端内部设置有短路腔，所述短路腔用于调节天线的阻抗匹配，使输入的功率最大程度的辐射出去。

进一步的，所述指数曲线缝的底端设置有射频连接器，所述射频连接器电连接左斜单元和右斜单元。

进一步的，多个相邻的左斜单元和右斜单元之间形成的半封闭空间的底部设置有吸波材料，以吸收未完全辐射出去的电磁信号。

此外，本发明还提出一种超宽带大功率正交极化阵列天线的工作方法，包括以下步骤：

S1.通过射频连接器给阵列中的天线单元进行馈电；

S2.电磁信号经射频连接器进入天线单元后，沿天线单元之间的曲线缝向前传播并向自由空间进行辐射，随后在自由空间进行功率合成；