[发明专利]一种基于腔体激励的低旁瓣波束扫描天线

说明书

本发明公开了一种基于腔体激励的低旁瓣波束扫描天线，包括用于提供电磁波激励的腔体，作为馈源设置于腔体内的偶极子天线，以及铁电透镜组，铁电透镜组固定于腔体的外壳上，且与腔体相通，进行空间馈电。本发明利用腔体对铁电透镜组进行激励，有效抑制了透镜边缘的溢出效应，实现了低旁瓣波束扫描。

技术领域

本发明属于铁电透镜组天线领域，具体涉及一种基于腔体激励的低旁瓣波束扫描天线。

背景技术

波束扫描天线能够灵活的控制天线波束指向，被广泛用于卫星通信和雷达中。传统的波束扫描天线依赖于相控阵天线技术，但其需要复杂的功率分配网络和射频移相网络，导致其设计复杂，造价过高。近年来，有源透镜天线被用于实现低造价的波束扫描天线。透镜天线采用空间馈电方案，由馈源天线发射电磁波入射到透镜上，因此无需功率分配网络，适用于设计大口径波束扫描天线，可极大的简化波束扫描天线的设计。为实现空间相位调控，需要在透镜单元中加载微波有源器件，如微波变容管、开关二极管。通过独立调节每个透镜单元的相位，可实现波束聚焦及动态的波束扫描。由于馈源天线为低增益天线，导致其波束宽度较宽。对于有限口径的透镜，馈源发射的电磁波有一部分从透镜边缘溢出，溢出的电磁波将转换为透镜天线的旁瓣，因此不利于实现低旁瓣的波束扫描透镜天线。

铁电陶瓷是一种响应速度快，介电常数高、超宽带、电可调特性良好、制造成本低的一种新型陶瓷材料。针对铁电陶瓷的研究是国际上电磁和材料领域的前沿和热点。铁电材料具有介电常数随外加电场的变化而改变的非线性特点，因而可以通过对铁电材料外加电场来实现对材料介电常数的调节，进而实现移相和波束扫描功能。在微波频带范围内，铁电陶瓷的电调率可达到30％左右。由于铁电材料介电常数较高，一般需要对其进行阻抗匹配设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于腔体激励的低旁瓣波束扫描天线，利用腔体对铁电透镜组进行激励，有效抑制了透镜边缘的溢出效应，实现了低旁瓣波束扫描。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于腔体激励的低旁瓣波束扫描天线，包括用于提供电磁波激励的腔体，作为馈源设置于腔体内的偶极子天线，以及铁电透镜组，铁电透镜组固定于腔体的外壳上，且与腔体相通，进行空间馈电。

进一步地，所述铁电透镜组由N个透镜单元构成，N大于等于3，透镜单元的周期为P，P大于L1，透镜单元采用渐变平行板波导结构，平行板在x方向的间距从最外层到最里层分别为L1、L2、和L3，在z方向的间距从最外层到最里层分别为M1、M2、和M3，透镜单元内填充三种介质材料，介电常数分别为ε₁、ε₂和ε₃，介电常数ε₁的介质材料位于中间位置，介电常数ε₂的介质材料对称设置于介电常数ε₁的介质材料的外侧，介电常数ε₃的介质材料对称设置于介电常数ε₂的介质材料的外侧，ε₁为铁电陶瓷材料的相对介电常数，长度为M，ε₂和ε₃为阻抗匹配介质1和阻抗匹配介质2的介电常数，渐变平行板波导结构的上下两层金属为地线，中间内部金属平板为高压偏置线，通过改变高压偏置，即可调节铁电陶瓷的介电常数，通过铁电透镜组的调节铁电材料的偏置电压实现360度的移相，在此基础上，独立调整铁电单元的相位分布，实现低旁瓣的波束聚焦以及波束扫描。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)利用腔体抑制透镜天线的边缘溢出效应，发现了基于腔体激励的低旁瓣波束扫描天线，具体是指通过仿真提取腔体表面的电场相位分布，独立调节每个铁电透镜组单元的透射相位，可对将馈源波束聚焦到不同方向，实现电控的波束扫描。

(2)本发明中的波束扫描天线结构设计简单、造价低、易于实现快速波束扫描的效果。

附图说明

图1是本发明铁电透镜组单元的结构示意图。