[发明专利]一种波导馈电全金属双极化平板天线阵列及其优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信和雷达领域，尤其是一种双极化平板天线及其优化方法。

背景技术

随着现代无线通信事业的发展，对卫星通信天线的要求也越来越高，要求卫星通信天线具备重量轻、剖面低、性能高、便携性等特点。传统的抛物面天线由于其自身结构特点，不可能做到体积很小，而且抛物面天线由于其精度要求较高，因此对于抛物面天线，不可能将其天线面拆分成很多部分，而且这对于操作人员的技术要求比较高，如果装配精度不达标，也会导致天线性能不达标。于是平板天线便应运而生了，平板天线相比于反射面天线，具有良好的机械强度性能，紧凑的天线结构，易于与射频前段进行组合等优势，以其尺寸小，重量轻，轮廓低，高效率，携带方便等优点，也越来越广泛地应用到卫星、飞机、车辆及个人背负通信及雷达系统中。

然而市面上平板天线的远区副瓣(实际是栅瓣)较高，尤其是天线单元间距较大时，问题尤其突出。

发明内容

为了克服现有技术的不足，针对目前平板天线板天线的远区副瓣较高的不足，本发明提出了一种带有栅瓣抑制性能的宽带高效率双极化平板阵列天线，为了更加高效的得到所需结果，本发明还提出了针对这种平板天线的优化方法。

本发明所提供的波导馈电全金属双极化平板天线采用2×2子阵天线，每个2×2子阵天线均采用四层结构，四层结构包括底馈层、侧馈层、谐振腔层和辐射腔层，底馈层和侧馈层的馈电网络采用多级T型结构E面波导级联方式，馈电主波导末端为同轴波导转换结构，底馈层和侧馈层的馈电网络中的每个T型结构都均为台阶和凹槽形状，台阶位于T型结构主波导两侧，台阶关于主波导中心线对称，每个T型结构中的台阶初始为一级，当阻抗匹配无法满足时台阶增加为两级，台阶依次递增，T型结构的凹槽位于T型结构与主波导口正对的分支波导，凹槽宽度与T型结构的波导宽度相同，底馈层的馈电单元末端通过弯波导结构与耦合腔相接，侧馈层的馈电单元与耦合腔相连，底馈层和侧馈层之间的L型台阶结构形成耦合腔，耦合腔正对馈电波导口面的为长方形调谐槽，谐振腔层采用三层阶梯腔体形式，阶梯第三层为交叉宽缝的边缘结构，与辐射腔层相连，辐射腔层由等距2×2的4个交叉宽缝结构组成，实现天线口面场的辐射，将2×2子阵天线作为基本单元横向复制2n*2m个单元平面摆放从而组成整个天线阵列，其中n、m取值为正整数。

本发明所提供的波导馈电全金属双极化平板天线单元的优化方法包括以下步骤：

第一步：选取天线单元中需优化的尺寸参数

将需优化的参数包括缝隙宽度、缝隙位置、辐射缝隙层高度、阶梯腔体高度、各阶梯的宽度、耦合腔体中调谐块的三维尺寸、长方体调谐槽的宽度、侧面馈电处台阶尺寸、底面馈电弯波导切角尺寸和对应的天线尺寸分别选取对应的参数p₁,p₂,…p_N；

第二步，明确天线优化目标并建立差分进化算法的目标函数

天线优化的目标包括天线带宽内的电压驻波比V_o、天线方向图增益G_o和出现栅瓣角度天线单元的相对电平值GLL_o；

确立差分进化算法的目标函数，目标函数fitness(p₁,p₂,…p_n)为fitness(p₁,p₂,…p_n)＝α×f₁(p₁,p₂,…p_n)+β×f₂(p₁,p₂,…p_n)+γ×f₃(p₁,p₂,…p_n)，其中，α、β、γ分别为目标子函数f₁、f₂、f₃的权重；