[发明专利]一种共形双极化二维单脉冲端射阵列天线

说明书

一种共形双极化二维单脉冲端射阵列天线，圆锥形载体结构、圆柱形载体结构、圆形金属反射板、四元端射天线阵列及和差馈电网络，四元端射天线阵由围绕圆锥形载体结构的旋转轴两两间隔90°放置的四个单极化共形端射天线单元组成，和差馈电网络由共形环形耦合器网络、柱面金属地板、端口连接线组和馈电端口组组成。四元端射天线阵列共形于圆锥形载体结构上，和差馈电网络共形于圆柱形载体结构上。分别对端口馈电组包括的四个馈电端口馈电能够产生二维双极化和差波束。本发明解决了二维双极化单脉冲天线难以共形化设计的问题，易于搭载在飞行器等载体平台前部，可以用于探测、定位、追踪目标等应用。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及电磁场与微波技术领域中的一种共形双极化二维单脉冲端射阵列天线。本发明可用于微波波段，在满足天线在共形的情况下，实现目标搜索与追踪所需的双极化二维和差波束，适用于多种飞行器载体平台的目标搜索与跟踪应用。

背景技术

双极化二维单脉冲雷达由于具有精确搜索和跟踪目标的能力，是一种常用的雷达体制。常见的单脉冲雷达实现方式可分为三类：第一是采用平面微带天线阵列，配合和差网络来实现；第二是采用反射面天线配合能产生和差波束的馈源来实现，包含卡塞格伦反射面、利用超材料的平面反射阵等；第三是采用波导结构的天线，包括波导缝隙阵列、基片集成波导、间隙波导等。上述结构均为平面结构，在实际应用的时候往往放置于飞行器的前端，并且占用很大的空间，从而在空气动力学和隐身特性等方面带来一些不利因素。

东南大学在其申请的专利文献“集成宽带小型化和差相位比较网络的单脉冲天线阵列”(申请号：201710549497.6，申请公布号：CN107464993A)中提出了一种宽带小型化单脉冲天线阵列。该装置设计了一种集成宽带小型化和差相位比较网络的单脉冲天线阵列，包括小型化宽带平面和差相位比较网络和平面八木阵列天线；小型化宽带平面和差相位比较网络由双面平行带线构成，包括第一级网络和第二级网络，第一级网络包括第一级环形耦合器，第二级网络包括两个第二级环形耦合器，耦合器环形部分设置有反相器，反相器上下两层之间通过金属化通孔形成电连接。该装置提高了和差相位比较网络的带宽，并且具有更小的结构尺寸，比一般的T型功分馈电网络的尺寸还小，同时不需要馈电网络到天线间的过渡结构。但是，该天线仍然存在的不足之处是，该阵列为平面一维单极化单脉冲天线阵列，应用于飞行器载体上时会改变载体外形、占用载体内部的空间、降低载体表面利用率。

孟洪福等人在其发表的论文“W波段双极化单脉冲天线设计”(红外与毫米波学报，38，No.1，2019)中提出了一种基于卡塞格伦天线的双极化单脉冲天线。该天线主要包括主反射面、副反射面、馈源喇叭、正交模耦合器及和差器.馈源采用紧凑的平面型和差器和渐变波导匹配的正交模耦合器集成设计,减小了连接损耗,压缩了天线结构尺寸,有利于毫米波双极化单脉冲雷达系统的小型化。但是，该天线仍然存在的不足之处是，该天线为双极化反射面天线，使用双极化天线单元，难以共形于飞行器载体上。

Yi-Xuan Zhang等人在其发表的论文“Wideband 2-D Monopulse Antenna ArrayWith Higher-Order Mode Substrate Integrated Waveguide Feeding and 3-D PrintedPackaging”(IEEE Transactions on Antennas and Propagation,Volume:68,Issue:4,April 2020)中提出了一种基于SIW的二维宽带单脉冲天线阵列。该天线通过基片集成波导(SIW)的高阶模激励，引入正交CPW到微带的过渡，设计了具有宽带准确馈电幅度和相位的二维单脉冲比较器给偶极子阵列馈电，利用阵列的垂直空间获得了紧凑的馈电结构。通过实施3-D打印技术，将阵列组件封装为整体结构，实现了具有高集成度的柔性阵列。利用提出的设计方法，设计并制造了覆盖整个X波段(8-12GHz，带宽为40％)的二维单脉冲阵列。紧凑的结构和宽带单脉冲性能使该阵列成为宽带精确目标检测和跟踪应用的有吸引力的候选者。但是该天线仍然存在的不足之处是，该天线阵列为单极化单脉冲阵列，且其馈电结构过于复杂，难以共形化设计。

发明内容