[发明专利]一种双极化单脉冲宽带微带天线装置

说明书

技术领域

本发明涉及双极化雷达、双极化天线、单脉冲天线、电磁场理论、微波技术和电波传播等技术领域，具体地说是一种双极化单脉冲宽带微带天线装置。

背景技术

单脉冲天线是许多无线电测量和定位系统中的关键部件，例如无源雷达系统等。单脉冲测角方法具有抗干扰能力强和测量精度高的特点，因此它是目前雷达等无线电系统中的一种主要的测角方法。单脉冲天线系统产生和波束与差波束两个探测波束，并用它们精确跟踪目标；和波束用来发射探测信号并接收目标回波信号，通过接收信号检测目标的存在；差波束用来测量目标相对于天线轴线的空间角度信息。传统的单脉冲天线为单极化工作模式，天线的极化方式多为圆极化和线极化的形式。无线电探测系统是基于电磁波承载的信息进行工作的，电磁波除了承载幅度、相位、频率和空间方向信息之外，它还具有极化矢量特性，即在电磁波的给定传播方向上，电磁场的场矢量随着时间按照某个椭圆轨迹运动，该椭圆称为极化椭圆，该特性用极化参数描述，常用的极化参数描述方法有椭圆极化参数、幅度和相位极化参数、Stokes参数和Poincare极化球等。电磁波的极化信息是一维重要的信息，它可以为提高电子系统的探测性能提供有效的技术手段。全极化电子系统，例如无源雷达系统，可以感知入射电磁波的极化信息，因此性能更为优良。在全极化电子统中，双极化天线是其关键部件，其性能直接决定着研制的电子系统能否实现。一般情况下，要求双极化天线还须具有较宽的频带，以探测宽频率范围内的目标信号。本发明针对上述应用背景，提出了一种宽带双极化单脉冲天线系统的设计方案。平面结构的微带单脉冲天线由于其具有结构简单、体积小、低剖面、成本低廉和易于制造等特点备受青睐。

双极化微带贴片天线有两种基本形式：双馈方形微带贴片天线以及双馈圆形贴片天线。双馈方形微带贴片天线，这是最为基本且最常用的双极化单元。方形双极化微带天线的馈电有端馈和角馈两种方式，端馈形式的双极化贴片天线对临近的两边同时进行馈电，会有两个基模                                                和产生。这两个基模的幅度相等相位相同，但极化方向是互相垂直的角馈形式的方形双极化微带贴片，由腔模理论可以知道，在贴片的对角线上馈电得到的和模激励幅度相等、极化正交；当两模的相位相差时，能够形成圆极化辐射。圆形微带贴片单元，它工作在模式下时，该圆形贴片的周长等于一个波导波长，并且在两馈电口的距离为1/4时，会有两个相互正交的极化模产生。

微带天线的馈电结构是微带天线中不可或缺的一部分，馈电形式的选择恰当与否对天线的整体尺寸、辐射性能、工作带宽及扩展成阵列的需要都会产生很大的影响。在微带天线中，最为常用的馈电方式主要有微带线馈电、同轴线馈电和共面波导馈电等。共面微带线馈电是一种最为简单且常用的馈电方式，设计和加工都很方便。然而，因为辐射贴片和微带线是被设计在同一块介质板上的，所以微带线的色散以及寄生辐射等都会对天线的性能产生影响，往往容易造成天线的交叉极化电平相对较高。

贴近式耦合馈电，又称为埋入式耦合馈电，属于电磁耦合馈电方式的一种。这种馈电方式在结构上采用无接触式馈电，通过馈线本身完成馈线与贴片间的耦合，便于层间连接。由于采用了不共面的设计方法，大大减少或消除了馈电结构对天线方向图的寄生辐射，从而可以获得宽频带的驻波比特性。

    缝隙耦合馈电方法是由D.M.P.zar于1985年最早提出的，它也属于电磁耦合馈电的一种。它将辐射单元和馈电单元分别设计在地板的两侧，有两层介质层：贴片和地面之间的天线介质层、馈电线和地面之间的馈电介质层，中间利用缝隙进行耦合。辐射场通过缝耦合到辐射结构，从而产生激励。缝隙耦合馈电最显著的优点是它能够获得很大的带宽。在缝隙耦合馈电中，它的两层介质基片被地板分隔开，微带馈线通过开缝地板耦合到贴片。