[发明专利]一种双极化CTS波束扫描天线阵

说明书

本发明涉及一种双极化CTS波束扫描天线阵，包括两个正交波导功分馈电结构和双极化CTS天线阵；所述波导功分结构连接在CTS天线阵侧面用以产生平面波，所述双极化CTS天线阵随频率变化实现H面的扫描。本发明天线阵通过端口处频率的变化实现H面的波束扫描，该天线阵列可以在5.1.6‑12.8GHz变化范围内实现波束‑22°~9°的扫描。

技术领域

本发明涉及波束扫描天线领域，尤其涉及一种双极化CTS波束扫描天线阵，用于实现双极化天线的波束扫描。

背景技术

随着无线通信技术的发展，天线在移动载体上随时随地进行高速通信的需求越来越大，宽带波束扫描天线阵受到广泛的关注。波束扫描天线具有高增益、高方向性、波束指向可控的性能。通过改变天线的工作模式、工作状态、工作频率或是天线姿态，可以使天线的最大辐射方向发生改变，从而实现波束扫描。目前，在移动通信网络方面，利用这种高增益且辐射方向可变的天线技术，可满足用户在移动过程中的高速率通信需求，同时还可减少同频用户干扰，增加频率的空分复用效率；而且天线的宽带特性可以提高数据的传输速率以及频谱的利用率。对于军用雷达，利用宽带波束扫描天线阵可以在指定的空域同时搜索和跟踪多个目标。无线通信技术的迅速发展，需要波束扫描天线阵具有结构简单紧凑、造价低、易于实现波束扫描能力的特性。机械扫描天线和相控阵天线都难以满足这种要求。

上个世纪90年代，美国休斯航空公司提出连续横向枝节(Continuous TransverseStub，CTS)天线阵，在平行板波导上表面设计连续横向开路枝节，平行板波导中的电磁波从横向枝节辐射到自由空间。CTS天线相对于抛物天线以及其他阵列天线具有如下优势：(1)天线具有60％以上的效率，与抛物面天线相近，远远超过平面阵列天线的效率；(2)天线工作于TEM模，工作频带宽；(3)易于设计双/圆极化工作和波束扫描功能；(4)CTS天线阵剖面低、易于共形，结构简单，可采用压塑和电镀技术实现，成本低廉。

综上所述，CTS天线阵能够满足现代通信中宽带、高增益、波束扫描的要求。

所提出的双极化CTS天线阵结构，由两个单极化的CTS天线阵正交放置得到。该天线阵由上面所设计的两个正交波导功分网络馈电。电磁能量通过窗口耦合，再经过一分二的功分器得到线源。调节耦合窗的大小和耦合窗处圆形金属柱位置可以调整耦合能量的大小，获得均匀稳定的线源。整个天线结构紧凑、剖面低。

发明内容

本发明的目的在于设计一种双极化CTS波束扫描天线阵，可以随频率变化实现H面的扫描，该天线随频率在11.6-12.8GHz变化范围内实现双极化波束-22°～9°的扫描，具有结构简单紧凑、造价低、易于实现双极化波束扫描能力的特性。

为达到上述目的，本发明的构思如下：

该天线包括两个正交波导功分馈电网路和双极化CTS结构。将四个一分二的功分器串联来获得均匀稳定的线源为CTS天线阵馈电。馈电结构紧凑，且馈电结构与CTS阵列在同一平面，剖面低。随频率变化实现CTS天线阵的H面扫描。为使CTS天线获得高增益，需要给它提供一个等幅同相的均匀平面波，即TEM波，而对于波导而言，不能传输TEM波，这就需要采用一种过渡形式。波导结构中，保证每个端口输出电磁波相位和幅值相同，就可以获得均匀的线源。所述的波导功分馈电结构分别对CTS阵列的垂直和水平两个端口馈电。波导功分结构大小与阵列的大小相当。所述双极化CTS阵列采用正交的辐射枝节实现，其中匹配枝节为封闭的，不参与天线的辐射。

根据上述构思，本发明采用如下技术方案：

一种双极化CTS波束扫描天线阵，包括两个正交波导功分馈电结构和双极化CTS天线阵；所述波导功分结构连接在CTS天线阵侧面用以产生平面波，所述双极化CTS天线阵随频率变化实现H面的扫描。