[发明专利]一种基于多层脊波导结构的CTS波束扫描天线

说明书

本发明公开了一种基于多层脊波导结构的CTS波束扫描天线，包括基于多层脊波导结构的CTS天线和超表面移相结构；所述基于多层脊波导结构的CTS天线包括线源结构、脊波导‑平行板波导宽边离散化结构、脊波导H面功率分配结构和辐射结构；所述超表面移相结构位于所述基于多层脊波导结构的CTS天线的线源结构内部或辐射结构表面，用于控制电磁波的相位分布，实现电子扫描波束。本发明采用脊波导馈电结构，天线损耗较低，频带较宽；超表面移相结构简单且易于加工实现，直流功耗较低，在实现电子扫描波束的同时，不增加馈电结构的复杂程度，整体剖面较低。

技术领域

本发明涉及天线及天线波束扫描技术领域，尤其涉及移动和航空应用的CTS波束扫描天线。

背景技术

随着无线通信技术的发展，对于高速率数据传输的无线宽带信道的需求不断增长，特别是移动卫星通讯领域，缺少能够满足移动使用要求的天线，具体来说为增益高、尺寸小、重量轻的天线。对于与卫星进行定向无线数据通信(例如，在Ku或Ka频带)由于必须可靠地防止相邻卫星之间的干扰，所以对天线的发射特性有极高的要求。在动中通应用中，天线的重量和尺寸非常重要，因为它们可以降低移动载体的有效载荷，并且可以减少相应的操作费用。在卫星通信领域，管理规定移动卫星的定向发射操作期间在相邻的卫星之前不产生干扰，为此，需要设计的天线不能超过特定波瓣宽度的数值。这导致了根据该指标的天线特性的严格要求。随着波瓣宽度的减小，天线与目标卫星的分离角减小，天线增益也相应增高。通常，使用具有这些特性的抛物面天线。然而，对于多数移动应用，特别对于飞行器而言，抛物面天线由于其具有较大的尺寸而并不适用。例如，在商用飞行器的情况下，天线安装于机身，由于抛物面天线尺寸较大带来了额外的空气阻力。

由于通信系统对高传输速率和高可靠传输的需求日益增长，CTS天线作为一种良好性能和制造稳定性的天线正在成为先进天线系统的候选天线。因此，国际上很早就对CTS天线开展了一系列的研究，CTS(Continuous Transverse Stub，连续切向节天线)是一种波导缝隙天线，于二十世纪九十年代由美国雷神公司的William W.Milory最先提出，一提出就引起了学术界的强烈反响(Milroy,W.W.,“Continuous transverse stub(CTS)elementdevices and methods of making same,”U.S.patent 5,266,961,Aug.29,1991)。传统的CTS天线是由多个开口有切向缝隙的平行板波导组成，任何由平面波激励的平行板波导产生的纵向电流分量会被横向缝隙切断，由于采用平行板波导这种结构，使得传输损耗变低，天线效率显著提高。

上述连续切向节天线在实际应用情况下，辐射单元的工作带宽是比较宽的，但是天线的整体带宽受限于串联馈电方式和端口转换网络。为了增加天线整体带宽，实现波束定向，可以适当的改变馈电方式，可以设计出适用于并联馈电工作的CTS天线(Ettorre,M.,F.Foglia Manzillo,M.Casaletti,R.Sauleau,L.Le Coq,and N.Capet,“Continuoustransverse stub array for Ka-band applications,”IEEE Trans.Antennas Propag.,Vol.63,No.9,4798–4800,Sep.2015.)。Mauro Ettorre等人描述的是一种全金属16阵元的并联馈电CTS天线，天线工作在Ka波段，辐射单元由若干个等功率分配波导T型结产生等幅同相的准TEM信号激励。结构同样采用平行板波导馈电，实验结果证明是一种高增益低副瓣的CTS天线阵列。