[发明专利]一种基于色散媒质的频率扫描天线、控制方法及应用

说明书

本发明属于天线技术领域，公开了一种基于色散媒质的频率扫描天线、控制方法及应用，包括色散斜劈媒质块和馈电阵列。色散斜劈媒质块覆盖于馈电阵列上且预留间隔。本发明利用色散斜劈媒质块产生的色散相移和斜坡产生的基础相移叠加后形成随频率变化的相位差。当相位差附加在常规均匀馈电阵列相邻单元上可以实现波束随频率扫描。当相位差附加在传统频扫天线时，可以实现对扫描角度的拓宽。进一步，色散媒质还可以将传统频扫天线中心频点一侧频带对应的扫描范围扩展至越过法线，且波束过零点驻波不会升高，解决了传统频扫天线在过零点处驻波突然升高的问题，提升了频扫范围内天线系统的整体口径利用效率。

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种基于色散媒质的频率扫描天线、控制方法及应用。

背景技术

目前：在军事通信领域、机载和舰载预警雷达在搜寻目标时，都需要不断地改变波束方向。早期雷达天线依靠不断的做机械转动实现的波束扫描的方式不能实现快速扫描的要求，因此机械扫描雷达逐渐退出应用。电扫描天线技术开始应用于机载雷达中。典型的电扫天线包括相扫和频扫两种方式，频率扫描天线在其中具有更低成本、结构简单等优势，并且馈电简单，仅通过改变馈电频率即可实现波束的扫描。

传统的漏波频扫天线的劣势在于在较窄的频带范围内扫描范围过小，且存在使波束指向为天线所在平面法向的频点上由于各辐射缝隙产生的反射同相叠加，导致驻波突然升高这一固有缺陷。尽管后续人们采用慢波线形式拓宽扫描范围，但上述固有缺陷依旧不能得到解决，在进行使用时不得不摒弃法向指向的波束，给实际应用带来诸多不便。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统的漏波频扫天线在较窄的频带范围内扫描范围过小，且存在使波束指向为天线所在平面法向的频点上由于各辐射缝隙产生的反射同相叠加，导致驻波突然升高这一固有缺陷。

解决以上问题及缺陷的难度为：在通过蛇形慢波线会导致天线尺寸增大；且对应于波束指向法向的状态，馈线内部需对辐射缝隙的同相激励，此时各个辐射单元在内部产生同相叠加的反射，导致该频点驻波比和天线整体特性的恶化。

解决以上问题及缺陷的意义为：建立新的波束扫描机制可以规避传统频扫天线反射信号同相叠加问题，通过引入外部附加相位差来实现过零点的波束指向，从根本上解决反射问题。也可以拓展传统频扫天线在指定带宽上的波束扫描范围，获得包括过法向在内的连续角度扫描且匹配良好，为频扫天线的使用提供方便。波束过零，同步提升了频扫范围内天线系统的整体口径利用效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于色散媒质的频率扫描天线、控制方法及应用。

本发明是这样实现的，一种基于色散媒质的频率扫描天线包括：

带有坡度的色散斜劈媒质块和馈电阵列；

所述色散斜劈媒质块覆盖于馈电阵列之上且与馈电阵列之间预留有间隔。

进一步，所述色散斜劈媒质块具有一定坡度，此坡度夹角表示为α，此色散斜劈媒质块底部距离馈电阵列的高度表示为hp_1，所述色散斜劈媒质块宽度表示为w。

进一步，所述色散斜劈媒质块的相对介电常数为随频率变化的函数ε_r(f)。

进一步，由馈电阵列不同单元辐射出的电磁波经自由空间中进入色散斜劈媒质块中继续传播且原本的相位发生改变，单元间由此色散斜劈媒质块产生的附加相位差为：

其中，和分别为色散斜劈媒质块中频率f₁、f₂对应的波数，d为馈电阵列单元间距，α为色散斜劈媒质块的坡度夹角，ε_r(f₁)、ε_r(f₂)分别为色散斜劈媒质块中频率f₁、f₂对应的介电常数，k₀为自由空间中的波数；