用于合成孔径雷达系统中的双波段多极化共口径天线阵列技术方案

本实用新型专利技术公开了用于合成孔径雷达系统中的双波段多极化共口径天线阵列，涉及射频天线技术领域，针对合成孔径雷达系统中的应用，设计了能够工作在L波段和S波段下的共口径天线阵列，现提出如下方案，包括L波段2*2十字形阵列结构和S波段3*3圆形阵列结构，所述共口径天线整体为三层结构形式，最底层为接地面，中间层和上层为相同厚度及介电常数的介质板材，L波段天线阵列印刷在上层介质的上表面，S波段天线阵列印刷在中层介质的上表面，两个波段天线距离接地面具有一定高度，本实用新型专利技术设计新颖，操作简单，增大了合成孔径雷达天线在L波段和S波段的应用潜能，能够适用于不同的环境条件下。

【技术实现步骤摘要】
用于合成孔径雷达系统中的双波段多极化共口径天线阵列
本技术属于射频天线
，尤其涉及一种用于合成孔径雷达系统中的双波段多极化共口径天线阵列。
技术介绍
天线作为通信系统必不可少的前端设备之一，能够辐射和接收电磁波，在卫星通讯、导航定位、医疗成像、家电业以及工业等领域都有着广泛的应用，显示着至关重要的作用。最开始的天线由一个简单的金属片构成，随着现代社会的推动和需求的提升已经慢慢演变为复杂的结构部件甚至系统,进而出现了各种各样的天线形式。在合成孔径雷达系统中，共口径天线的应用最为广泛，通过在有限的空间范围内进行合理的布局，将两种甚至多种工作在不同波段天线共用到同一口径面内，减小不同波段天线之间的相互耦合，从而使得各个波段天线都能够独立进行工作。并且对于能够工作在不同极化模式下的天线来说，更可以适用于不同的环境和条件，从而保障信息的安全传输。因此设计一种能够工作在不同波段条件下，并且具有不同极化模式的共口径天线已经成为天线在合成孔径雷达系统中应用的一个重要发展趋势，也受到越来越多相关研究人员的关注。
技术实现思路
本技术提出的用于合成孔径雷达系统中的双波段多极化共口径天线阵列，通过采用L波段天线单元和S波段天线单元组成共口径天线阵列，使得在合成孔径雷达系统的应用中提供了一种新的技术途径，并且采用不同的馈电方式实现两种不同波段天线都能够工作在不同极化模式下，增大了合成孔径雷达天线在L波段和S波段的应用潜能。为了实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：用于合成孔径雷达系统中的双波段多极化共口径天线阵列，包括L波段2*2十字形阵列结构和S波段3*3圆形阵列结构，所述共口径天线整体为三层结构形式，最底层为接地面，中间层和上层为相同厚度及介电常数的介质板材，L波段天线阵列印刷在上层介质的上表面，S波段天线阵列印刷在中层介质的上表面，两个波段天线距离接地面具有一定高度，所述L波段天线单元采用四个馈电点进行馈电，所述S波段天线单元也采用四个馈电点进行馈电，所述共口径天线阵列各个单元都采用同轴馈电形式给天线进行馈电。优选的，所述L波段天线单元四个馈电点采用幅度相同、相位依次相差九十度的电流给天线进行馈电，并且两两相对馈电点保持相同大小的距离，L波段天线阵列能够分别工作在主极化为左旋圆极化和右旋圆极化模式下。优选的，所述L波段天线单元四个馈电点附近都挖去一定尺寸大小的圆环缝隙，并且挖去圆环缝隙大小相等，能够提高天线整体的带宽性能。优选的，所述S波段天线单元四个馈电点采用幅度相同、相位依次相差九十度的电流给天线进行馈电，并且两两相对馈电点保持相同大小的距离，S波段天线阵列能够分别工作在主极化为左旋圆极化和右旋圆极化模式下。优选的，所述S波段天线单元四个馈电点附近都挖去一定尺寸大小的圆环缝隙，并且挖去圆环缝隙大小相等,能够提高天线整体的带宽性能。优选的，所述口径天线阵列各个单元都采用同轴馈电形式给天线进行馈电，使得天线整体结构相对简单，并简化了馈电网络的设计给天线整体性能带来的影响。与现有的技术相比，本技术的有益效果是：本技术通过对两个波段天线阵列中单元馈电点相位的设置，能够让L波段天线和S波段天线分别工作在两种不同的圆极化辐射模式下，并且两个波段天线都能够实现左旋圆极化到右旋圆极化之间的自由调控。该设计采用双层结构，能够减小不同波段天线之间的相互耦合，提高天线之间的隔离度；在天线单元馈电点附近挖去一定大小的圆环缝隙，能够让天线工作在相对较宽的带宽范围内；采用同轴馈电形式给两个波段天线进行馈电，简化了需要额外设计馈电网络给天线整体带来的复杂程度以及减少给天线辐射性能带来的影响。附图说明图1（a）和（b）分别为本技术提出的用于合成孔径雷达系统中的双波段多极化共口径天线阵列的俯视图和侧视图；图2为L波段天线单元结构俯视图；图3为S波段天线单元结构俯视图；图4为中心频率激励下L波段天线阵列主极化为左旋圆极化的二维辐射方向图；图5为中心频率激励下L波段天线阵列主极化为右旋圆极化的二维辐射方向图；图6为中心频率激励下S波段天线阵列主极化为左旋圆极化的二维辐射方向图；图7为中心频率激励下S波段天线阵列主极化为右旋圆极化的二维辐射方向图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。参照图1-7，S波段圆形贴片天线的半径为r0，四个馈电点挖去圆环缝隙大小相同，如图中阴影部分所示，圆环缝隙外直径和内直径大小分别为r1和r2，两两相对馈电点之间距离为d1，每个天线单元中心间距都相同，相邻两个单元距离记为L1，每个单元四个馈电点幅度相同、相位依次相差九十度，并采用五十欧姆标准同轴线给天线进行馈电，天线距离接地面高度记为HS；L波段十字形天线每个单元也采用四个幅度相同、相位依次相差九十度的馈电点馈电，两两相对馈电点之间距离为d2，四个馈电点挖去圆环缝隙大小相同，如图中阴影部分所示，圆环缝隙外直径和内直径大小分别为r3和r4，每个天线单元中心间距都相同，相邻两个单元距离记为L2，天线距离接地面高度记为HL。为了尽量减小各个波段天线的旁瓣大小，并且使得共口径天线整体结构尺寸相对较小，需要对两个波段天线单元之间的距离L1和L2进行优化设计，一般选取在中心频率的半波长左右。本实施例中，S波段圆形贴片天线中心频率记为f1，圆形贴片半径可根据公式大致计算得到，其中，h为介质板厚度，其他尺寸参数r1、r2、d1、L1以及HS可通过选取的中心频率f1进行优化对比得到。本实施例中，L波段十字形贴片天线中心频率记为f2，十字形贴片尺寸可根据矩形贴片天线公式大致计算得到，其他尺寸参数r3、r4、d2、L2以及HL可通过选取的中心频率f2进行优化对比得到。工作原理：如图2所示的L波段天线单元，当分别给四个馈电点PL1、PL2、PL3、PL4输入幅度相同、相位依次为0°、90°、180°以及270°的电流，并结合图1给出的共口径阵列，使得其余三个L波段天线单元也同样依次逆时针输入幅度相同、相位相差九十度的电流大小，并且此时S波段天线阵列不进行电流输入，可以得到L波段天线阵列向外辐射左旋圆极化波，得到L波段天线主极化为左旋圆极化的归一化辐射模式图如图4所示；当分别给四个馈电点PL1、PL2、PL3、PL4输入幅度相同、相位依次为270°、180°、90°以及0°的电流，其余三个L波段天线单元也同样依次逆时针输入幅度相同、相位相差九十度的电流大小，并且此时S波段天线阵列不进行电流输入，可以得到L波段天线阵列向外辐射右旋圆极化波，得到L波段天线主极化为右旋圆极化的归一化辐射模式图如图5所示。如图3所示的S波段天线单元，当分别给四个馈电点PS1、PS2、PS3、PS4输入幅度相同、相位依次为0°、90°、180°以及270°的电流，并结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于合成孔径雷达系统中的双波段多极化共口径天线阵列，包括L波段2*2十字形阵列结构、S波段3*3圆形阵列结构和共口径天线整体，其特征在于，所述共口径天线整体为三层结构形式，最底层为接地面，中间层和上层为相同厚度及介电常数的介质板材，L波段天线阵列印刷在上层介质的上表面，S波段天线阵列印刷在中层介质的上表面，两个波段天线距离接地面具有隔离空间，所述L波段天线单元采用四个馈电点进行馈电，并在馈电点附近挖去一个圆环缝隙，所述S波段天线单元也采用四个馈电点进行馈电，并在馈电点附近挖去一个的圆环缝隙，所述共口径天线阵列整体各个单元都采用同轴馈电形式给天线进行馈电。/n

【技术特征摘要】
1.用于合成孔径雷达系统中的双波段多极化共口径天线阵列，包括L波段2*2十字形阵列结构、S波段3*3圆形阵列结构和共口径天线整体，其特征在于，所述共口径天线整体为三层结构形式，最底层为接地面，中间层和上层为相同厚度及介电常数的介质板材，L波段天线阵列印刷在上层介质的上表面，S波段天线阵列印刷在中层介质的上表面，两个波段天线距离接地面具有隔离空间，所述L波段天线单元采用四个馈电点进行馈电，并在馈电点附近挖去一个圆环缝隙，所述S波段天线单元也采用四个馈电点进行馈电，并在馈电点附近挖去一个的圆环缝隙，所述共口径天线阵列整体各个单元都采用同轴馈电形式给天线进行馈电。


2.根据权利要求1所述的用于合成孔径雷达系统中的双波段多极化共口径天线阵列，其特征在于，所述L波段天线单元四个馈电点采用幅度相同、相位依次相差九十度的电流给天线进行馈电，并且两两相对馈电点保持相同大小的距离。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭忠义，郭凯，周红平，沈飞，尹超逸，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34