[发明专利]大型X波段宽带频相扫天线阵列

说明书

技术领域

本发明涉及一种口径尺寸可以是1400×700毫米的大型X波段宽带频相扫阵列天线，尤其是一种在方位面上采用相位扫描、在俯仰面上采用频率扫描的二维电扫描阵列，天线阵面单元规模为64×18，单元数达到1152的X波段宽带频相扫阵列天线。

背景技术

20世纪70年代以来，随着一维相控扫描天线的问世，三坐标雷达的设计得以简化、性能得以提高；随着科技水平的不断进步，以及需求的不断增长，相控阵三坐标雷达也逐渐由采用一维相扫天线发展为采用二维相扫天线。目前，二维相扫的三坐标雷达已经成为三坐标雷达的主流。相控阵天线技术已开始大范围的应用于通信领域。

采用二维电扫描天线，使得天线波束在俯仰面和水平面都具有快速扫描能力，由于天线阵面不需要转动，没有机械扫描的惯性，能够以高数据率进行搜索和跟踪。数据率是反映雷达系统性能的重要指标，其中相控阵雷达的搜索数据率是指相邻两次搜索完给定空域的时间间隔的倒数，而跟踪数据率是对同一目标跟踪采样间隔时间的倒数。相控阵雷达高速发展的一个重要条件是要进一步降低成本。对于二维相控阵天线，其每一个单元后面要端接一个包含移相器T/R收发组件，含有用于信号发射的功率放大模块、含有用于接收的低噪声放大器，以及含有用于波束扫描相位控制的移相器。可以想象，当天线阵面很大时，例如成千上万个天线单元，对于采用移相器进行波束控制的二维扫描相控阵天线，光是T/R组件的成本就占据了整个相控阵天线系统的半壁江山甚至更多。例如美国的AN/TPY-2雷达，工作于X波段，方位面扫描范围70°，俯仰面40°，具有1GHz的工作带宽，其雷达天线由25344个T/R组件构成，每个T/R组件按800美元计算，其光是T/R组件的成本就约200万美元，整个雷达系统的成本之昂贵可见一斑。因此，为了降低雷达系统成本，频相扫体制的雷达系统应运而生，该体制下的雷达系统为一维相扫，另一维频扫；频扫天线不需要移相器就可完成空域扫描，从而有效地降低了成本。虽然频相扫体制的雷达系统具有成本上的优势，但同时也带来了使用上的诸多限制。例如：对于二维扫描天线，特别是具有大扫描角的二维天线阵列，天线单元的栅格尺寸受到极大地限制，为了规避该限制而不影响频扫慢波线的设计，可以将天线单元与慢波线分离而采用低损耗柔性电缆进行连接，但需要注意的是慢波线为一串馈结构，尺寸的加大将不可避免的带来损耗的增加，从而影响天线增益指标。因此如何在有限的栅格尺寸下设计出低损耗的频扫慢波线就成为频相扫体制雷达系统的关键之处。一般的，有如下几种结构形式可以考虑，例如微带线、带状线以及波导形式(例如波导窄边开缝的蛇形线)的慢波线，但通过仿真计算，结果表明：对于X波段具有大扫描角的二维频相扫天线阵列，这几种结构形式，不是损耗太大(例如微带线、带状线)，就是体积庞大，同时重量太大，例如波导蛇形线，虽然损耗小，但是在组成较大阵列完成大角度扫描时具有无法克服的障碍而无法容忍，因此必须另辟蹊径，推陈出新，采用新的结构形式才可能解决这个难题。慢波线是频扫雷达天馈系统中重要的组成部分，是完成频扫功能的核心部件。它为天线阵提供所要求的幅度、相位分布，更为重要的是当频率发生少许变化时使线源的等相位面产生显著的倾斜，从而完成波束的空间扫描。现有技术中为了达到低损耗的要求使用了E面弯头矩形波导作为慢波结构,并采用波导缝隙耦合馈电和微带线馈电相结合的混合馈电技术以兼顾损耗和重量。由于慢波线频扫阵列的扫描角度、工作带宽与慢波线损耗相互制约，顾此失彼的问题难以解决。

发明内容

本发明是针对现有技术存在的上述不足之处，提供一种结构紧凑、宽带高性能，能够在有限的栅格尺寸下，减少天线单元数，降低天线单元间互耦的，实现低损耗、宽带宽扫描角、加工容易的频扫慢波线阵列天线装置。