一种周期渐变的超宽带相控阵馈源的制作方法

1.本实用新型 属于天线技术领域，具体涉及一种周期渐变的超宽带相控阵馈源。


背景技术：

2.相控阵天线因其灵活的波束捷变能力和多波束能力而在通信和雷达领域得到了广泛的应用，然而由于需要大量的后端发射接收组件，其始终面临着高成本带来的压力。随着应用场景所需阵列增益的提高，不可避免的需要增大阵列口径，这是难以突破的物理限制。尤其是在射电天文、卫星追踪等深空应用领域，所需要的阵列口径是巨大的，以工作频率的半波长间距来构造大型阵列，阵列数目将数以万计。因此通常在这些领域，最常用的天线为低成本的反射面天线。
3.馈源作为反射面天线的核心电磁波接收器件，类似于人眼的视网膜，对系统性能有着至关重要的影响。传统的反射面天线采用置于反射面焦点附近的开口喇叭作为馈源，然而喇叭天线的辐射波束形状是随着频率渐变的，波束宽度的变化会严重影响反射面天线的效率，从而影响系统的工作带宽。单馈源应用于反射面天线，只能产生单波束，在进行深空探测时，效率低下。馈源组虽然可以产生多波束，但是馈源组中边缘的喇叭处于偏焦状态，难以实现较好的口径场匹配，并且由于口径限制，多波束的视场是不连续的。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术的不足，本实用新型提供一种周期渐变的维瓦尔第相控阵馈源，可用于单反射面天线系统或双反射面天线系统，实现反射面天线超宽带高效率工作。
5.本实用新型提供的周期渐变超宽带相控阵馈源，主体为维瓦尔第阵列天线，由两种不同单元宽度、不同带宽的维瓦尔第天线单元以渐变周期方式排布于金属地板上组成；其中，宽度较窄的天线单元为宽带单元，可以从高频到低频覆盖全频段，宽度较宽的天线单元为窄带单元，覆盖较低的频段；宽带单元位于阵列的中间部位，窄带单元位于阵列的外圈部位；所谓“天线单元以渐变周期方式排布”，是指阵列中间部分的天线单元以小间距进行周期排列，阵列外圈部位的天线单元以大间距进行周期排列，阵列从里向外单元周期渐变，外圈单元间距为内圈单元间距的两倍。参见图1所示。
6.本实用新型中，所述维瓦尔第阵列天线可以看作由多列一维线阵组成，每列线阵由不同数目的两种宽度的维瓦尔第天线单元相连组成。
7.本实用新型中，所述窄带单元的单元宽度（即间距）为宽带单元的单元宽度（即间距）的两倍，两种单元的高度、厚度相同。
8.本实用新型中，所述维瓦尔第天线单元，采用全金属的结构，天线由上半部分的辐射段和下半部分的馈电段组成，辐射段呈喇叭状，馈电段为与天线一体加工的三型巴伦，天线通过接在巴伦处的同轴接头外加激励。
9.本实用新型中，所述三型巴伦的反射腔采用弧形结构，弧形的张角为30度到90度。
10.本实用新型中，所述天线巴伦的弧形反射腔通过双线传输线与天线的辐射端相
连。
11.本实用新型中，所述巴伦的双线传输线部分采用宽度渐变的槽缝结构，该传输线与向上翻转的弧形反射腔配合，使得同轴接头可以直接从天线底部给天线馈电。
12.本实用新型中，所述金属地板用于反射电磁波，减少后向辐射，避免后端电子器件和前端阵列天线的相互影响。
13.本实用新型提供的维瓦尔第天线单元不仅增强了天线的刚性，并且可以采用标准的同轴接头进行馈电，大大降低了加工成本，简化了安装过程。
14.本实用新型提供的相控阵馈源，最大化了单元间距，并且采用了渐变周期排布方式，最大限度地减少了单元数目，降低了成本。由于维瓦尔第天线阵列本身的超宽带特性，使得馈源可以实现超宽带工作。馈源采用密集的阵列对焦面场进行采样，可以使反射面天线实现较高的口径效率。
附图说明
15.图1为相控阵馈源的整体结构示意图。
16.图2为两种不同宽度的维瓦尔第天线单元结构图。
17.图3为相控阵馈源的背视图。
18.图4为金属地板。
19.图5为指定频点下馈源的e面辐射方向图。
20.图6为指定频点下馈源的h面辐射方向图。
21.图中标号：1为维瓦尔第天线一维线阵，2为金属地板，3为宽带维瓦尔第天线单元，4为窄带维瓦尔第天线单元，5为宽度渐变槽缝,6为弧形反射腔，7为同轴馈电接头，8为安装支架，9为长螺丝，10为地板开缝。
具体实施方式
22.如图1所示为相控阵馈源的结构示意图，馈源为全金属结构，主体由多列维瓦尔第天线一维线阵1组成，每列线阵1采用数控机床一体化加工。
23.如图2所示，为宽带维瓦尔第天线单元3和窄带维瓦尔第天线单元4，不同数目的两种不同宽度的单元相连构成了线阵1。
24.如图3所示，每列线阵1单独加工完成之后，从金属地板2的背部插入，限位于如图4所示的地板开缝10中，可通过螺丝进行固定。
25.如图3所示，馈源安装支架8通过长螺丝9紧固在金属地板2背面。该安装支架8开螺纹孔后可用于馈源的测试以及安装。
26.图4为特定频点之下馈源e面辐射方向图，馈源的每个阵元的激励幅度和相位采用了共轭匹配法来获取。可以看到在很宽的工作频段内，馈源都能有一致的方向图。方向图高度对称，中心凹陷，来补偿馈源照射反射面天线的空间损耗，可以实现反射面天线较高的口径效率。由于低频时，阵列较小，仅能截取焦面场第一圆环的能量，因此方向图有所不同。
27.图5为特定频点之下馈源h面辐射方向图，可以看到其与图4所示e面方向图几乎一样，说明馈源方向图具有很好的圆对称性。


技术特征：
1.一种周期渐变的超宽带相控阵馈源，其特征在于，主体为维瓦尔第阵列天线，由两种不同宽度、不同带宽的维瓦尔第天线单元以渐变周期方式排布于金属地板上组成；其中，宽度较窄的天线单元为宽带单元，可以从高频到低频覆盖全频段，宽度较宽的天线单元为窄带单元，覆盖较低的频段；宽带单元位于阵列的中间部位，窄带单元位于阵列的外圈部位；所谓“天线单元以渐变周期方式排布”，是指阵列中间部分的天线单元以小间距进行周期排列，阵列外圈部位的天线单元以大间距进行周期排列，阵列从里向外单元周期渐变，外圈单元间距为内圈单元间距的两倍；其中，所述维瓦尔第阵列天线看作由多列一维线阵组成，每列线阵由不同数目的两种宽度的维瓦尔第天线单元相连组成。2.根据权利要求1所述的周期渐变的超宽带相控阵馈源，其特征在于，所述窄带单元的单元宽度为宽带单元的单元宽度的两倍，两种单元的高度、厚度相同。3.根据权利要求1所述的周期渐变的超宽带相控阵馈源，其特征在于，所述维瓦尔第天线单元，采用全金属的结构，天线由上半部分的辐射段和下半部分的馈电段组成，辐射段呈喇叭状，馈电段为与天线一体加工的三型巴伦，天线通过接在巴伦处的同轴接头外加激励。4.根据权利要求3所述的周期渐变的超宽带相控阵馈源，其特征在于，所述三型巴伦的反射腔采用弧形结构，弧形的张角为30度到90度。5.根据权利要求4所述的周期渐变的超宽带相控阵馈源，其特征在于，所述三型巴伦的弧形反射腔通过双线传输线与天线的辐射端相连。6.根据权利要求5所述的周期渐变的超宽带相控阵馈源，其特征在于，所述三型巴伦的双线传输线部分采用宽度渐变的槽缝结构，该传输线与向上翻转的弧形反射腔配合，使得同轴接头直接从天线底部给天线馈电。

技术总结
本实用新型属于天线技术领域，具体为一种周期渐变的超宽带相控阵馈源。本实用新型的超宽带相控阵馈源，其主体为维瓦尔第阵列天线，由两种不同单元宽度、不同带宽的维瓦尔第天线单元以一定的方式排布组成。馈源排布最大限度地减少了单元数目，降低了成本。由于维瓦尔第天线阵列本身的超宽带特性，使得馈源可以实现超宽带工作。馈源采用密集的阵列对焦面场进行采样，可以使反射面天线实现较高的口径效率。本实用新型可用于单反射面天线系统或双反射面天线系统，实现反射面天线超宽带高效率工作。作。作。


技术研发人员：梁修业 曾建平 张喆 黄浩 关放 刘晓晗 资剑
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：2021.04.04
技术公布日：2021/11/21