[发明专利]幅度递减的有源发射相控阵天线

说明书

本发明涉及微波天线系统，更具体地是涉及这样一类相控阵天线系统，它可藉控制其多个辐射单元中信号的相对相位的方法以产生多个同时工作的天线波束，且通过把不同个数的定相位放大器的作用加到各个幅射单元控制幅度。

多年来，雷达系统的阵列天线为人们所熟知，并被用来形成尖方向性波束。阵列天线特性由辐射单元的几何位置以及馈电到这些单元的幅度和相位所决定。

后来，雷达的发展，例如磁控管和其它高功率微波发射机的开发促使常用雷达的频率往上移。在那些较高的频段上，较简单的天线变为可实用的，它们通常包括由喇叭形馈电体或其它简单的初级天线所照射的成形（抛物形）反射器。

接着，电子（无惯性）扫描由于多种理由而变得很重要，这包括扫描速度以及随机的或编程的波束指向的可能性。由于电子控制移相器和开关的开发，对天线设计的注意力就集中到每个辐射元可单独电控的相控阵天线。相控阵技术中的可控移相器件提供了快速和精确地切换波束的可能性，因此允许雷达在时间上重叠地或甚至同时地完成多个功能。电子引导相控阵雷达可跟踪大量目标，照明和/或标记多个目标，完成带有自动目标选择的宽角度搜索，使能对所选择的目标进行跟踪，以及用作对准遥远的接收机和/或发射机的通信系统指向高增益波束。因此，相控扫描天线的重要性是很大的。由Berrill  I.  Skolnik所著的“雷达手册”McGraw  Hill（1970）大体上在阵列天线课题方面提供了比较公认的总括的背景。

提供本技术的总括背景的其它参考文件包括：1961年1月3日颁发给Rearwin的题目为“可选择方向的波导缝隙天线”的美国专利2，967，301描述了产生顺序波束的方法，可用来确定飞行器相对于地面的速度。

1969年1月21日颁发给Foldes的题目为“扫描天线馈电”的美国专利3，423，756描述了由装在加大的波导上的四个谐振腔与波导相耦合而形成电控锥形扫描天线馈电的系统。频率为这些腔体谐振频率的信号被激出高次模，导致辐射相位中心从天线口面中心偏移开。把四个腔体顺序调谐到该信号频率，就形成了锥形扫描。其它频率的信号如果离腔体谐振频率足够远时，就无任何扰动地通过波导继续传播。

1976年7月13日颁发给Nemet的题目为“有自身射频相移能力的网络馈电相控阵天线系统”的美国专利3，969，729揭示了用于相控扫描阵中的集成部件/移相器。非谐振波导或带线型传输线系列强迫给阵列的单元馈电。四个射频二极管在传输线外导体的导电壁上对称缝隙图案的各缝隙内相连接，以改变从二极管通过缝隙到各单个天线单元的口面上的耦合。这样每个二极管就控制了从每个缝隙以一致的相位加到各个单元口面的能量，这样就确定了所述口面的最后的相位。

1977年8月9日颁发给Frazeta等的题目为“具有尖锐截止单元方向图案的有限扫描阵列天线系统”的美国专利4，041，501揭示了相控阵天线系统，其中有效的单元方向图案借助于耦合电路被修正成与用来辐射在所选择空间角度区域内的天线波束所需要的理想单元方向图案很接近一致。扫描波束天线实施例中的耦合电路的使用可大大减少所需移相器的个数。

1978年7月4日颁发给Scillieri等人的题目为“扁平雷达天线”的美国专利4，099，181揭示了用于雷达装置的扁平雷达天线，它包括多个平行排列成一线的辐射单元，其中在每个所述单元与雷达装置之间流动的能量可以被调节，其特征为所述辐射单元是具有共平板辐射面的波导，所述波导按照四个象限分组，每个所述象限借助于在一个或两个条件下适合于采取的馈电器件与雷达装置相连。其中之一馈电给该象限的所有波导，另一个只给紧靠近天线中心的一排馈电，而不包括该象限的其它波导，由于提供了用于同时在同样条件采用的四个馈电器件的装置，所以雷达天线发射了相对于天线中心为对称的雷达波束，且该波束按照馈电器件的不同条件而有不同的图形。

1986年6月17日颁发给Kobus等人题目为“空间馈电双平行板透镜天线波束形成系统”的美国专利4，595，926描述了用于线性相控阵天线系统的波束形成系统，该天线系统可被用于非脉冲收发信机中，它包含一对串联的平行板强制非聚焦透镜，它为线性阵列提供适当的幅度递减，以产生低副瓣辐射方向图案。数字移相器被用于波束引导，而非聚焦透镜可对由使用这种移相器引起的量化误差去相关。