【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种紧耦合的相控阵接收机前端馈源阵列，专门用作射电望远镜反射面系统中的相控阵馈源。
技术介绍
1、相控阵接收机是近年在射电天文领域一项前沿的信号接收技术。该技术通过在射电望远镜焦平面位置以一定方式排布若干电小天线单元，结合波束合成网络对各阵元施加激励，以调整各个阵元的幅度和相位，结合阵元复用功能以瞬时形成多个相互交叠的波束，从而实现连续的视场覆盖，提高射电望远镜巡天观测效率。相较传统多波束接收机，相控阵接收机前端类似于传统相控阵天线，但由于放置位置是在射电望远镜的焦平面位置以代替传统馈源，因此在射电天文领域也被称为相控阵馈源(phased array feed，paf)。
2、中国科学院新疆天文台的奇台110米口径射电望远镜工程已经开工建设，其中规划的20厘米波段(0.7-1.8ghz)paf作为唯一一台相控阵接收机，相关的技术研发已经开展。由于paf前端的馈源阵列是放置在射电望远镜反射面的焦平面位置，因此在进行阵列设计时，除考虑工作频率外，还需同时结合反射面参数，如射电望远镜的焦径比(0.33)及口径(110m)。
3、20厘米波段paf前端馈源阵列的基础设计指标之一，是阵列需要实现0.7-1.8ghz的工作带宽要求。对于要实现上述2.5倍频程的宽带阵列设计来说，阵元选型及排布都至关重要。用于阵列的天线单元种类有很多种，在射电天文领域应用于paf前端馈源阵列的天线单元主要有微带天线、八角环天线、偶极子天线和锥形槽天线等。
4、锥形槽天线，又名vivaldi天线，是1979年由g
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种紧耦合的相控阵接收机前端馈源阵列，该馈源阵列工作频率为0.7-1.8ghz，双线极化设计，水平及垂直极化各均由110个锥形槽天线按照11×10的矩形方式排列而成，阵元间距为30.025毫米，在0.7ghz频点处中心轴向波束均匀激励下的合成方向图增益为19.32dbi，在整个工作频带内阵列水平极化中心阵元的回波损耗小于-9.69db、垂直极化中心阵元回波损耗小于-10.04db。该方法所述的相控阵接收机前端馈源阵列，被用作射电天文领域反射面望远镜系统中的相控阵馈源，用以扩大望远镜视场，提升巡天观测效率，紧耦合的小阵元间距设计可以在全阵均匀激励的情况下实现2.5倍频程的-10db阻抗带宽，使得望远镜的观测灵敏度也得到进一步的改善。
2、本专利技术所述的一种紧耦合的相控阵接收机前端馈源阵列，该馈源阵列由锥形槽天线(1)水平极化锥形槽天线行(2)、垂直极化锥形槽天线列(3)、天线锥形开口端(4)、耦合槽线(5)、圆形谐振腔(6)、扇形微带短接线(7)、介质基板(8)、水平极化安装槽(9)、垂直极化安装槽(10)和通孔(11)组成，锥形槽天线(1)作为阵列单元，采用双线极化设计，馈源阵列由水平极化锥形槽天线行(2)和垂直极化锥形槽天线列(3)组成，水平极化锥形槽天线行(2)和垂直极化锥形槽天线列(3)各均由110个锥形槽天线(1)按照11×10的矩形方式排列而成；所述的锥形槽天线(1)为印制电路板材质天线，宽度为30.025mm、高度为161mm，天线锥形开口端(4)宽度为27mm，耦合槽线(5)宽度为1.22mm，圆形谐振腔(6)半径为7.5248mm，扇形微带短接线(7)边长为9.5077mm，介质基板(8)的介电常数为3.85、厚度为0.8mm。
3、所述的水平极化锥形槽天线行(2)下部开设等间距排列的11个水平极化安装槽(9)，水平极化安装槽(9)高度为80mm、宽度为0.85mm。
4、所述的垂直极化锥形槽天线列(3)上部开设等间距排列的11个垂直极化安装槽(10)，垂直极化安装槽(10)高度为80mm、宽度为0.85mm。
5、所述的锥形槽天线(1)延天线辐射端边缘开设通孔(11)，通孔半径为0.25mm。
6、本专利技术所述的一种紧耦合的相控阵接收机前端馈源阵列，该馈源阵列中：
7、所述的锥形槽天线(1)，经优化后设置天线宽度为30.025mm，该宽度也是整个馈源阵列的阵元间距，约为0.07倍的0.7ghz波长、0.13倍的1.3ghz波长、0.18倍的1.8ghz波长，该阵元间距使得整个馈源阵列为一种增强阵元间耦合性的紧耦合设计。
8、所述的圆形谐振腔(6)，经优化设置半径为7.5248mm，用于提高锥形槽天线(1)的增益和方向性。
9、所述的扇形微带短接线(7)，经优化后设置边长为9.5077mm，用于增强锥形槽天线(1)与输出端口之间的匹配。
10、所述的水平极化安装槽(9)和垂直极化安装槽(10)，用于将11个水平极化锥形槽天线行(2)和11个垂直极化锥形槽天线列(3)相互垂直交叉安装，装配为一个矩形排列的馈源阵列整体。
11、所述的锥形槽天线(1)辐射端边缘开设的通孔(11)，经优化后设置半径为0.25mm，用于改善锥形槽天线(1)表面电流。
12、本专利技术所述的一种紧耦合的相控阵接收机前端馈源阵列，优点在于：该馈源阵列在阵元间距设定为30.025mm的紧耦合设计下，使得整个阵列的工作带宽可达0.7-1.8ghz，以实现2.5倍频程的宽带特性，当其应用于射电望远镜系统的相控阵接收机前端时，相较常规的窄带系统，可以使望远镜的观测灵敏度大幅提升。同时，该馈源阵列结合相控阵接收机后端的波束合成网络后可实现连续的波束覆盖，在不转动射电望远镜的情况下，可对远场天区的一片区域进行波束扫描观测，相比传统的单波束接收机只能一次观测一个区域的情况，实现了望远镜的大视场功能，使得观测效率得到较大的改善。
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1.一种紧耦合的相控阵接收机前端馈源阵列，其特征在于该馈源阵列由锥形槽天线（1）水平极化锥形槽天线行（2）、垂直极化锥形槽天线列（3）、天线锥形开口端（4）、耦合槽线（5）、圆形谐振腔（6）、扇形微带短接线（7）、介质基板（8）、水平极化安装槽（9）、垂直极化安装槽（10）和通孔（11）组成，锥形槽天线（1）作为阵列单元，采用双线极化设计，馈源阵列由水平极化锥形槽天线行（2）和垂直极化锥形槽天线列（3）组成，水平极化锥形槽天线行（2）和垂直极化锥形槽天线列（3）各均由110个锥形槽天线（1）按照11×10的矩形方式排列而成；所述的锥形槽天线（1）为印制电路板材质天线，宽度为30.025mm、高度为161mm，天线锥形开口端（4）宽度为27mm，耦合槽线（5）宽度为1.22mm，圆形谐振腔（6）半径为7.5248mm，扇形微带短接线（7）边长为9.5077mm，介质基板（8）的介电常数为3.85、厚度为0.8mm。
2.根据权利要求1所述的一种紧耦合的相控阵接收机前端馈源阵列，其特征在于所述的水平极化锥形槽天线行（2）下部开设等间距排列的11个水平极化安装槽（9），水平
3.根据权利要求1所述的一种紧耦合的相控阵接收机前端馈源阵列，其特征在于所述的垂直极化锥形槽天线列（3）上部开设等间距排列的11个垂直极化安装槽（10），垂直极化安装槽（10）高度为80mm、宽度为0.85mm。
4.根据权利要求1所述的一种紧耦合的相控阵接收机前端馈源阵列，其特征在于所述的锥形槽天线（1）延天线辐射端边缘开设通孔（11），通孔半径为0.25mm。
...【技术特征摘要】
1.一种紧耦合的相控阵接收机前端馈源阵列，其特征在于该馈源阵列由锥形槽天线（1）水平极化锥形槽天线行（2）、垂直极化锥形槽天线列（3）、天线锥形开口端（4）、耦合槽线（5）、圆形谐振腔（6）、扇形微带短接线（7）、介质基板（8）、水平极化安装槽（9）、垂直极化安装槽（10）和通孔（11）组成，锥形槽天线（1）作为阵列单元，采用双线极化设计，馈源阵列由水平极化锥形槽天线行（2）和垂直极化锥形槽天线列（3）组成，水平极化锥形槽天线行（2）和垂直极化锥形槽天线列（3）各均由110个锥形槽天线（1）按照11×10的矩形方式排列而成；所述的锥形槽天线（1）为印制电路板材质天线，宽度为30.025mm、高度为161mm，天线锥形开口端（4）宽度为27mm，耦合槽线（5）宽度为1.22mm，圆形谐振腔（6）半径为7.5248...
【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，闫浩，曹亮，陈卯蒸，段雪峰，马军，李健，李嘉辉，宁云炜，
申请(专利权)人：中国科学院新疆天文台，
类型：发明
国别省市：
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