專利名稱：二維電掃描透鏡天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于掃描雷達(dá)的二維電掃描透鏡天線。
二背景技術(shù)：
在雷達(dá)系統(tǒng)中，天線波束的掃描方式可分為機(jī)械掃描和電子掃描兩種，與機(jī)械掃 描天線相比，電子掃描速度塊，并可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)波束捷變。最常見(jiàn)的電子掃描 天線形式是相控陣天線，它由許多輻射單元組成，并且每個(gè)輻射單元連接一個(gè)移相器，所有 輻射單元接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)波束合成后形成一個(gè)接收波束，獲得對(duì)空間某一方向的探測(cè)， 通過(guò)控制移相器的相移量可以改變接收波束的指向，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間的二維電控掃描。大量 移相器的使用，使得相控陣有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，即極其復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)以及因此而來(lái)的高 昂制造費(fèi)用，這一直都是困擾相控陣天線設(shè)計(jì)師的棘手問(wèn)題。利用鐵電體材料制成介質(zhì) 板(Ferroelectric Slab-FES)并夾在兩i央導(dǎo)體平板(Conductor Slab-CS)之間構(gòu)成一種 "三明治"結(jié)構(gòu)，然后組成陣列也可以用于組成電子掃描天線，見(jiàn)圖1，(為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，圖 中給出的單元數(shù)較少)，這種天線可以稱為鐵電體透鏡天線(FerroelectricLens-FEL)，該 天線的掃描原理是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制(Computer Controlled-CC)的電壓控制器(Voltage Controller-VC)在不同陣列的單元導(dǎo)體板上加一定規(guī)律的電壓來(lái)控制鐵電體材料的介電 常數(shù)，當(dāng)電磁波通過(guò)這些鐵電體板時(shí)，不同介電常數(shù)的介質(zhì)對(duì)電磁波產(chǎn)生不同的相移，當(dāng)各 個(gè)相移量構(gòu)成一個(gè)線性梯度時(shí)，就產(chǎn)生指向某個(gè)方向的波束，從而實(shí)現(xiàn)掃描。 一塊鐵電體透 鏡只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)平面的掃描，即一維掃描，要實(shí)現(xiàn)二維掃描，就需要兩片平行放置的鐵電體 透鏡，并且"三明治"結(jié)構(gòu)的縱向方向互相垂直，如圖2所示，鐵電體透鏡的波束掃描控制較 相控陣天線要簡(jiǎn)單，兩片各含N個(gè)單元的鐵電體透鏡構(gòu)成的掃描天線，需要2N路電壓控制 輸出。為了使電磁波的極化方向垂直于單元的導(dǎo)體平板，以到降低反射的目的，兩片鐵電體 透鏡之間需要加一個(gè)極化旋轉(zhuǎn)器(Polarization Rotator-PR)，并且鐵電體透鏡和極化旋 轉(zhuǎn)器通常需要留有空隙，降低了結(jié)構(gòu)的牢固性和緊湊性。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)牢固且緊湊的用于掃描雷達(dá)的二維電掃描透鏡天線。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種二維電掃描透鏡天線，包括鐵電體透鏡天線和一維線陣饋源，鐵電體透鏡天 線包括導(dǎo)體平板，在相鄰的導(dǎo)體平板之間夾有鐵電體介質(zhì)板，在鐵電體透鏡天線上設(shè)有二 元衍射透鏡，且二元衍射透鏡位于一維線陣饋源與鐵電體透鏡天線之間，在一維線陣饋源 上連接有N路通道選擇開(kāi)關(guān)，一維線陣饋源發(fā)射或接收的電磁波的極化方向與所述導(dǎo)體平 板的長(zhǎng)邊方向垂直。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明包含一個(gè)NX1線陣饋源， 一個(gè)二元衍射透鏡(Binary Diffractive Lens-BDL)和一個(gè)FEL。這種天線通過(guò)一個(gè)N路通道選擇開(kāi)關(guān)和N路電壓控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)二維電掃描，掃描控制部分比起兩片F(xiàn)EL組成的掃描系統(tǒng)要簡(jiǎn)單，當(dāng)然比起NXN單元的相控陣天線饋電網(wǎng)絡(luò)更簡(jiǎn)單。BDL具有普通曲面透鏡天線的輻射性能，并且由于它是一種平面結(jié)構(gòu)，既有效地降低了天線的重量和剖面，又可以與平面結(jié)構(gòu)的FEL無(wú)縫連接，有利于獲得結(jié)實(shí)、緊湊的結(jié)構(gòu)。
四

圖1是FEL的原理示意圖。 圖2是由兩片F(xiàn)EL構(gòu)成的現(xiàn)有的二維電掃描天線結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的天線系統(tǒng)架構(gòu)圖，其中，XYZ是坐標(biāo)系。
圖4是本發(fā)明的二元衍射透鏡(BDL)剖面圖。
圖5是本發(fā)明緊貼BDL的鐵電體透鏡(FEL)結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施例方式
—種二維電掃描透鏡天線，包括鐵電體透鏡天線1和一維線陣饋源3，鐵電體透鏡天線1包括導(dǎo)體平板ll，在相鄰的導(dǎo)體平板11之間夾有鐵電體介質(zhì)板12，在鐵電體透鏡天線1上設(shè)有二元衍射透鏡2，且二元衍射透鏡2位于一維線陣饋源3與鐵電體透鏡天線1之間，在一維線陣饋源3上連接有N路通道選擇開(kāi)關(guān)4， 一維線陣饋源3發(fā)射或接收的電磁波的極化方向與所述導(dǎo)體平板11的長(zhǎng)邊方向垂直，在圖3中，導(dǎo)體平板11的長(zhǎng)邊方向與坐標(biāo)系XYZ中的Y同向。 圖3中的BDL是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的BDL上截取的一塊正方形區(qū)域，它的軸截面圖如圖4所示。BDL與一維線陣饋源配合可實(shí)現(xiàn)YZ平面的一維掃描，例如位于天線軸線上饋源A的接收波束實(shí)現(xiàn)對(duì)位于軸線上的目標(biāo)A'的探測(cè)，而具有一定偏焦的饋源B的接收波束實(shí)現(xiàn)對(duì)偏離軸線的目標(biāo)B'的探測(cè)。FEL緊貼在BDL的背面，如圖5，利用FEL可以實(shí)現(xiàn)XZ平面的一維掃描，其掃描原理已在背景技術(shù)中給予說(shuō)明。這樣，通過(guò)線陣饋源、BDL和FEL三者的結(jié)合，整個(gè)天線結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)波束的二維電子掃描。 實(shí)施例1 :饋源線陣采用角錐喇叭陣，以8X1饋源陣為例，后面連接單刀8擲PIN開(kāi)關(guān)，假定開(kāi)關(guān)輸入輸出采用同軸接口，則將喇叭的波導(dǎo)通過(guò)波導(dǎo)一同軸轉(zhuǎn)換器連接到開(kāi)關(guān)。再輔以通道選擇用的電子控制電路就可以實(shí)現(xiàn)電子掃描。如果有更多的饋源，以16個(gè)饋源為例，可以用一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)后面連接兩個(gè)單刀8擲開(kāi)關(guān)構(gòu)成一個(gè)1路到16路的開(kāi)關(guān)，再加上相應(yīng)的控制電路，就可以完成電子掃描。
權(quán)利要求
一種二維電掃描透鏡天線，包括鐵電體透鏡天線(1)和一維線陣饋源(3)，鐵電體透鏡天線(1)包括導(dǎo)體平板(11)，在相鄰的導(dǎo)體平板(11)之間夾有鐵電體介質(zhì)板(12)，其特征在于，在鐵電體透鏡天線(1)上設(shè)有二元衍射透鏡(2)，且二元衍射透鏡(2)位于一維線陣饋源(3)與鐵電體透鏡天線(1)之間，在一維線陣饋源(3)上連接有N路通道選擇開(kāi)關(guān)(4)，一維線陣饋源(3)發(fā)射或接收的電磁波的極化方向與所述導(dǎo)體平板(11)的長(zhǎng)邊方向垂直。
全文摘要
本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)牢固且緊湊的用于掃描雷達(dá)的二維電掃描透鏡天線，包括鐵電體透鏡天線和一維線陣饋源，鐵電體透鏡天線包括導(dǎo)體平板，在相鄰的導(dǎo)體平板之間夾有鐵電體介質(zhì)板，在鐵電體透鏡天線上設(shè)有二元衍射透鏡，且二元衍射透鏡位于一維線陣饋源與鐵電體透鏡天線之間，在一維線陣饋源上連接有N路通道選擇開(kāi)關(guān)，一維線陣饋源發(fā)射或接收的電磁波的極化方向與所述導(dǎo)體平板的長(zhǎng)邊方向垂直。這種天線通過(guò)一個(gè)N路通道選擇開(kāi)關(guān)和N路電壓控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)二維電掃描，掃描控制部分比起兩片F(xiàn)EL組成的掃描系統(tǒng)要簡(jiǎn)單。BDL是平面結(jié)構(gòu)，既有效地降低了天線的重量和剖面，又可以與平面結(jié)構(gòu)的FEL無(wú)縫連接，有利于獲得結(jié)實(shí)、緊湊的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01Q3/00GK101752662SQ20101001831
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2010年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者尤立志, 王宗新 申請(qǐng)人:東南大學(xué)