[发明专利]星载相控阵波导天线单元

说明书

本发明提出的一种星载相控阵波导天线单元，利用本发明，可以将矩形波导和同轴连接器一体，降低天线的装配复杂度，提高产品的可靠性。本发明通过下述技术方案予以实现：将波导介质塞(2)座落在天线单元波导管壳体(1)以物理限位的矩形介质填充腔台阶孔中，并高于上端面端口，倒L形波导介质体(3)平齐上述矩形腔台阶，倒L形弯折探针导体(5)弯折段通过天线单元波导管壳体(1)管身径向孔，被倒L形波导介质体(3)垂直壁限位于波导管的中轴线上，通过下方缩颈孔装配的探针介质柱塞(4)指向下端口。

技术领域

本发明涉及一种星载测控通信系统中使用的相控阵波导单元天线。

背景技术

随着目前低轨卫星的发展，其与地面站及高速飞行器的数据传输速率要求越来越高。目前广泛使用的机械可动反射面、机械电子混合扫描等天线均不能满足使用需求。而二维相控阵数传天线能快速的建立链路，实现通信目标的快速捕获和跟踪，并且具有可靠性高等优点，随着芯片价格的降低，具有广泛的应用前景。

相控阵天线是由许多辐射单元构成的定向天线，根据口径场相位作线性渐变时波束产生偏移的原理，用电子计算机控制的方法改变阵列中各个单元的辐射场相位，使波束产生扫描。相控阵天线是由大量的天线单元组成的，在阵列天线系统中，每一个天线单元都是开放型电路，各单元之间通过电磁耦合作用相互影响，特别是当单元之间距离较小时，耦合作用不可忽视。由于互耦效应的影响，当阵列天线接收信号时，相控阵天线单元的辐射特性、阻抗特性都将发生变化，输入阻抗的变化会引起辐射单元与馈电网络的不匹配，造成信号功率的损失，严重时会导致相控阵天线扫描时出现“盲点”效应，使得天线不能正常工作。由于单元间的互耦效应的存在，使得单元的输入阻抗、天线的辐射特性和极化特性受到影响，特别是单元的输入阻抗会随天线的扫描角的变化而变化。相控阵阵列平面每天受日照变化，导致温度变化从而引起各单元内部半导体器件相位偏移、相控阵平面的物理扭曲等。

常用的相控阵天线单元的形式是多种多样的，通常有介质加载矩形波导、微带贴片、微带偶极子、波导裂缝等多种型式。不同的天线单元有不同的特点。矩形波导天线单元的扫面角度虽然很宽，但它与自由空间的匹配比较差。由于结构对称以及双极化特性，圆波导可以比较方便地构成圆极化天线阵。但由于波导辐射器的共性，使得圆极化天线的辐射口面与自由空间的匹配更差，因为必须在两个极化方向都要得到比较好的匹配，所以圆极化的圆波导天线比矩形波导天线的匹配更加困难。人们尝试了许多方法去改善圆波导相控阵辐射单元的带宽和扫描性能，如在波导中加介质塞、宽角匹配层、金属膜片等。传统的双极化波导缝隙天线阵每种极化方式交叉极化都较差，极化端口隔离度不高，尤其是垂直极化波束在进行大角度扫描时，容易出现二次副瓣。天线结构的形变量会引起的天线的增益损失和副瓣电平变化。对于波导缝隙功分器来说，主波导的驻波系数受缝隙间距影响，假如缝隙间距取值不当，可能会使主波导产生很大的驻波系数，因此，需选择合理的缝隙间距以避免功分器的主波导内产生比较大的驻波值。通常波导缝隙间距取稍大于或小于二分之一波导波长。波导裂缝阵列天线方式相比于其他阵列天线有着极为鲜明的特点，容易控制的口径分布与高增益使其更容易实现低或超低副瓣，再加上重量轻与成本低等特点让这种阵列天线方式普遍应用在地面雷达等雷达的天线设计中。

相控阵天线为了尽快长时间的实现数传功能，需要能够实现二维宽角扫描。要求二维相控阵天线中的辐射单元波束宽，结构尺寸小，通常小于半波长。目前通信所使用的频率越来越高，天线尺寸相应的变的越来越小，对加工工艺的要求也越来越高，耐空间环境的防护措施受到更多的限制。