[发明专利]基于共腔罗特曼透镜的毫米波十字扫描多波束阵列天线

说明书

本发明属于阵列天线的技术领域，具体提供一种基于共腔罗特曼透镜的毫米波十字扫描多波束阵列天线，采用共腔罗特曼透镜的拓扑结构给毫米波十字扫描多波束阵列天线馈电，该拓扑结构由两组子网络正交组成，每组子网络仅由馈源轮廓和内外阵列轮廓组成(不添加传统罗特曼透镜的虚端口)，两组罗特曼透镜正交放置并构成封闭的共用腔体(共腔罗特曼透镜)，通过共腔罗特曼透镜的约束设计保证两组子网络互不重叠、干扰，输入端口可切换实现不同的指向角，输出端口与辐射结构进行连接；本发明基于该共腔罗特曼透镜所设计的多波束阵列天线能够实现十字扫描馈电网络与辐射结构的一体化设计，有效降低馈电网络的设计复杂度和占用面积。

技术领域

本发明属于阵列天线的技术领域，具体涉及由基片集成波导共腔罗特曼透镜馈电的毫米波十字扫描多波束阵列天线，将用于十字扫描的两组子馈电网络集成化设计，有效降低馈电网络的设计复杂度和占用面积。

背景技术

毫米波多波束阵列天线已在各大场景中得到了广泛的应用，例如无线通信、雷达和成像。通常多波束阵列天线可以分为两类：一维扫描和二维扫描，一维扫描多波束阵列天线的方向图往往是围绕方位角或者俯仰角进行扫描，而二维扫描则可以同时围绕方位角和俯仰角进行扫描；其中，二维扫描有一种特殊应用场景，其扫描方向位于方位面和俯仰面两个垂直面内，即为本发明中所述十字扫描。

文献“On the mapping by a cross-correlation antenna system ofpartially coherent radio sources”利用十字扫描进行远程亮温分布测试；文献“ZIROFFAndreas et al.Self-calibration of a 3-D-digital beamforming radar system forautomotive applications with installation behind automotive covers”中的三维数字波束成形雷达系统和文献“TELLO Juan et al.Performance evaluation of a passivemillimeter-wave imager”中的毫米波成像系统都应用了十字扫描工作模式；但是，十字扫描在应用时往往是分解为两组独立工作的一维扫描进行设计，这是因为这两组馈电网络不容易实现一体化设计。如在文献“TELLO Juan et al.Performance evaluation of apassive millimeter-wave imager”中，两组反射器作为馈电网络首先进行独立设计并加工，随后两组一维扫描阵列天线以“T”字型组合起来，实际上为了提升系统的集成度。

由此可见，对于毫米波十字扫描阵列天线，两组子阵列及其馈电网络一体化集成设计是具有重要意义的；基于此，本发明提出一种基于共腔罗特曼透镜的毫米波十字扫描多波束阵列天线，实现十字扫描馈电网络与辐射结构的一体化设计。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于共腔罗特曼透镜的毫米波十字扫描多波束阵列天线，将十字扫描的两组子阵列天线的馈电网络集成设计到同一天线结构上，有效降低了有效降低馈电网络设计复杂度和面积。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于共腔罗特曼透镜的毫米波十字扫描多波束阵列天线，其特征在于，所述毫米波十字扫描多波束阵列天线采用由下层贴片、中层介质板与上层贴片构成的罗特曼透镜天线结构，所述毫米波十字扫描多波束阵列天线的拓扑结构由两组完全相同的子网络构成，每组子网络由馈源轮廓、透镜腔体、内阵列轮廓、波导传输线与外阵列轮廓(阵列天线)组成，两组子网络正交设置、并于透镜腔体处构成封闭且共用的共腔罗特曼透镜。

进一步的，所述共腔罗特曼透镜的透镜轮廓满足约束方程：