[发明专利]一种大宽带高辐射效率的相控阵天线系统

说明书

一种大带宽高辐射效率的相控阵天线系统，采用低频段发射稀疏馈电、高频段发射全阵馈电实现双频高效率宽带发射，回避了经典宽带有源相控阵每个宽带辐射单元后接一路宽带T/R组件，导致其发射效率极其低下，仅有约10％的功率得到有效利用向外辐射，约90％的功率转化为热耗残存在相控阵阵面与T/R接收通道之间，导致相控阵系统的散热压力极大，且宽带T/R组件成本极高。经典方法设计的宽带相控阵系统面临成本高、辐射效率低下，系统散热压力大容易导致芯片温度过高而损坏等问题。本发明将宽带发射效率从经典手段的10％左右提升至30％左右，减轻了相控阵天线的散热压力，降低了相控阵天线的成本，提升了相控阵天线整体性能和效费比。

技术领域

本发明属于相控阵天线设计领域，主要涉及一种可以高效率宽带发射和宽带接收的相控阵天线系统。

背景技术

在未来的信息化战争中，随着技术的发展，作战平台面临的威胁日益增多，其工作的电磁环境也日渐复杂。为提高生存率，作战平台不得不配备越来越多的电子设备。按传统的单个功能配置单独天线的使用方法，会引起天线数量众多、平台拥挤、电磁兼容等问题。因此，雷达、通信及电子战设备天线孔径的综合与共享，是解决上述问题的一个有效途径。采用具备宽带宽角扫描的相控阵天线阵列，由于其可以灵活地进行子阵的划分、组合和拆分，可以同时形成多个指向和宽度不同的波束，是实现多种功能共享孔径的有效途径。

电子侦察需要工作在宽带接收状态，雷达和通信通常在特定的工作频段完成信号的收发。以某综合化系统为例，电子侦察需要在1.5～12GHz整个频段内接收信号，通信需要在1.5～3GHz频段内完成信号收发，雷达需要在8～12GHz 频段内完成信号收发。针对此需求，目前经典解决方法是采用覆盖1.5～12GHz 频段的宽带相控阵天线单元级联1.5～12GHz频段低噪放接收组件和固态功放发射组件。在目前的技术条件下，宽带低噪声系数的接收组件，是容易实现的，但要满足1.5～12GHz高效率(≥40％)发射的固态功放芯片几乎是不可实现的，现存的1.5～12GHz频段固态功放芯片的辐射效率约为15％。对于采用强互耦形式的宽带相控阵体制来说，阵列单元间距排列紧密，采用经典手段，每个辐射单元后接一路宽带T/R组件，导致系统发射效率极其低下，仅有少部分的功率得到有效利用向外辐射，约90％的功率转化为热耗残存在相控阵阵面与T/R接收通道之间，导致相控阵系统的散热压力极大，且宽带T/R组件成本极高。经典方法设计的宽带相控阵系统面临成本高、辐射效率低下(约10％)，系统散热压力大容易导致芯片温度过高而损坏等问题。对于该综合化系统来说，3～ 8GHz不需要发射信号，采用经典方法完成1.5～12GHz宽带发射会导致系统效费比极低。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种可以高效率宽带发射和宽带接收的相控阵天线系统，将宽带发射效率从经典手段的10％左右提升至 30％左右，减轻了相控阵天线的散热压力，降低了相控阵天线的成本，提升了相控阵天线整体性能和效费比。

本发明的技术解决方案是：

一种大带宽高辐射效率的相控阵天线系统，包括宽带辐射阵列、T/R通道、波控单元、馈电网络及电源；宽带辐射阵列包括M个工作在f₀≤f≤Nf₀频段的相控阵天线单元，其中N为正实数，M为正整数，f₀是宽带辐射阵列工作的频率最低端，T/R通道包括双频发射T/R通道A和单频发射T/R通道B；

以第1个相控阵天线单元作为参考点，其连接双频发射T/R通道A，之后连续P个相控阵天线单元连接单频发射T/R通道B，第P+2个天线单元连接双频发射T/R通道A，再之后连续的P个天线单元连接单频发射T/R通道B，依此类推，完成对M个相控阵天线单元与T/R通道的连接。

宽带辐射阵列工作在跨越N个倍频程上，N为正实数且3≤N＜M，M为正整数且M≥4。