本发明专利技术涉及一种Ｌ／Ｓ／Ｘ三波段双极化平面天线阵。它由Ｌ／Ｓ、Ｌ／Ｘ双波段双极化子阵各一副和Ｌ单波段双极化子阵拼接而成，每副子阵均为多层板层叠结构。其中Ｌ／Ｓ、Ｌ／Ｘ双波段子阵采用３层介质板、２层硬泡沫构成；Ｌ单波段子阵采用２层介质板、２层硬泡沫构成。双波段子阵（Ｌ／Ｓ、Ｌ／Ｘ）的阵面均采用叠层微带贴片（Ｓ、Ｘ波段）与微带偶极子（Ｌ波段）交织的形式，Ｌ波段偶极子均采用Ｔ字型阵面排布，以实现双极化工作及良好的极化隔离度性能。该天线具有宽频带、高隔离度、低交叉极化和相位中心稳定等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种L/S/X三波段双极化平面天线阵，在三个波段上均具有宽带、 高隔离度和低交叉极化的特点。它可用作星载合成口径雷达(SAR=Synthetic Aperture Radar)的天线，其技术可应用于相控阵雷达及无线通信系统。
技术介绍
微波合成孔径雷达不但能用来获取大地域的地面图像，而且具有对植被和地面的 穿透能力，现已广泛应用于资源勘探、重大灾情估计、大地测绘等领域，在军事上更具有独 到的优势。而SAR天线是决定合成口径雷达性能的关键子系统之一，天线的好坏直接影响 了系统的灵敏度、距离和方位分辨率、成像模糊度及测绘带宽等性能。目前SAR天线的一个重要趋势是共口径、多波段、多极化、宽频带。多极化可以提 高信息量，多波段工作对不同的反射体提供良好的扫描分辨率、穿透性和反射数据，利用两 个或多个波段共用一个天线阵面，可以充分发挥在各个不同波段同时进行雷达测量所具有 的特点；共用口径的实现不但减小了重量和体积，还可以共享天线阵后面的许多雷达分系 统，提高星载系统的有效载荷、能源的效率。国际上已开展了对其实现技术的广泛研究，如加拿大Manitoba大学与MTC公 司及CSA公司合作开展L/C双波段双极化共口径微带天线阵的研究，美国马萨诸塞州大 学在JPL资助下开展的L/C和L/X两种双波段双极化共口径微带天线阵的研究等，对 不同的双波段融合方式进行了探讨，如开孔贴片、十字形贴片、交织排列等(R.Pokuls， J.Uher and D. Μ. Pozer, Dual-frequency and dual—polarization microstrip antennas for SAR applications， IEEE Transactions on Antennas and Propagation， vol.46, Sep. 1998，pp. 1289-1296)。我课题组亦在该方向做了许多工作，已制成了实用的多层结构 单波段双极化 SAR 微带天线阵样机(Xian-Ling Liang, Shun-Shi Zhong and Wei Wang, Dual-Polarized corner-fed patch antenna array with high isolation, Microwave and Optical Technology Letters, 2005,47 (6) :520_522)。2006 年我们又制成了一种共 口径S/X双波段双极化SAR微带天线阵实验天线(贴片/振子交织排列)(X.Qu，S. -S. Zhong and Y. -Μ. Zhang,Dual-band Dual-Polarised microstrip antenna array for SAR application, Electronic Letters, 2006,42 (24) :1376_1377)，为国内首副同类型天线阵。 并于2008年对双波段双极化天线阵的设计技术进行了综述(钟顺时，合成孔径雷达的双波 段双极化共孔径天线阵技术，现代雷达，2009,31(11) :1-5)。
技术实现思路
本专利技术提供一种L/S/X三波段双极化平面天线阵，其周期性延拓即可获得用于星 载SAR的整个天线面板。该天线阵应在三个频段的二主面上均具有士25°的相扫能力、且 具有宽频带、高极化隔离度和低交叉极化的特点。为达到上述目的，本专利技术的思路是由本课题组已有的设计共口径双波段双极化天线子阵的经验，共口径双波段天线阵波段间干扰严重且阵面非常拥挤，馈网布置困难，很 难也没有必要用类似的方法将三个波段融合进同一个子阵的口径面内。从整个SAR系统的角度考虑，一般希望在方位角方向不同波段获得的波束宽度大 致相等(以获得相近的成像扫描带宽度)，意味着其方位向口径面长度应正比于该波段波 长。因此，即便是研究出三波段双极化天线子阵，在系统级组阵时，因为L，S波段口径面较 大，会产生如附图说明图1所示的非均勻口径面分布。从图中可以发现，阵中部分3个波段辐射单元、 馈网集中、拥挤，并且L/S/X三波段子阵必须与L/S双波段子阵紧挨着(因为存在S波段的 栅瓣问题)，严重影响段间隔离度指标。本设计采用了另一种综合方案，如图2所示。天线阵由两侧的L/S双波段双极化 子阵、L/X双波段双极化子阵和当中部分为L波段子阵拼接而成，其方位向口径面分别为 L 波段 0. 72X2+0. 36+1. 08 = 2. 88m，S 波段 1. 08m，X 波段 0. 36m，符合 8 3 1 的比例。 由于全阵的最大口径面长度取决于L波段口径面长度，图2中全阵尺寸与图1中相比并没 有变大。这种方案实质上把三波段双极化天线阵的设计工作分解成2个双波段双极化天 线子阵的研制工作，使三波段双极化天线阵的设计工作可以大量借鉴之前我课题组已有经 验，并符合工程上模块式开发的理念。按照上述专利技术思路，采用的技术方案如下一种L/S/X三波段双极化平面天线阵，包括两幅L/X、L/S共口径双波段双极化天 线子阵和一幅L波段双极化子阵，其特点在于a.采用子阵拼接的技术，将L/X、L/S两幅共口径双波段双极化天线子阵与一幅L 波段双极化子阵组成一个L/S/X三波段双极化平面天线阵。相对传统设计思路，这种设计 方式可以大量沿用原有双波段双极化天线设计经验，且设计效率高，工艺可靠性好；b.所述两个双波段双极化天线子阵均采用了叠层微带贴片与印刷偶极子交织的 布阵方式，在三个波段均采用了“成对反相激励”技术以提高全阵的交叉极化性能；子阵阵 面排布时L波段振子采用“T”字型分布以提高极化隔离度，且水平/垂直极化振子采用了 不同的单元数量以保证水平与垂直极化的相位中心重合；c.两幅子阵的叠层贴片的结构为X波段驱动贴片、S波段驱动贴片分别置于第六 基片、第三基片的上侧，X波段寄生贴片、S波段寄生贴片分别置于第五基片、第二基片的下 侧，第五基片与第六基片、第二基片与第三基片分别由第五泡沫层和第二泡沫层隔开；直接 采用探针激励的方式进行馈电，降低了工艺复杂性；且在S、X驱动贴片上引入隔离槽，以改 善目标频带内的极化隔离度性能；d. L/S子阵的L波段偶极子嵌入在S波段叠层贴片的空隙中，由第三基板上侧的馈 网、贯穿第一、第二、第三3层基板和第一、第二两层泡沫层的垂直过渡平行金属双线、位于 第一基板下侧的印刷偶极子组成；e. L单波段子阵及L/X子阵的偶极子的设计与的设计相似，区别仅在于馈网所在 的基板板材厚度不同，其馈网的匹配枝节线的参数和偶极子长度也有所变化；f.为了避免子阵分割时切割到L波段垂直极化偶极子，设计时在馈网中有意引入 了电抗性，使得偶极子长度缩短约20%，因而解决了 3 1频率比下子阵拼接中引入的L波 段扫描能力限制这一问题。4本专利技术与同类产品比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点与 2000年美国奋进号航天飞机所携带的SIR-C/X-SAR三波段天线阵相比，由于采用了共口径 技术，阵面整体尺度(方向维)减小了约33.3%，这对于提高有效载荷有所帮助。此外，在 公开的文献中，笔者尚未看见对此类三波段多极化共口径天线阵的详细报道(当然沧海遗 珠，在所难免)，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ｌ／Ｓ／Ｘ三波段双极化平面天线阵包括两幅Ｌ／Ｘ、Ｌ／Ｓ共口径双波段双极化天线子阵（１、３）和一幅Ｌ波段双极化子阵（２），其特征在于：ａ．采用子阵拼接的技术，将两幅所述Ｌ／Ｘ、Ｌ／Ｓ共口径双波段双极化天线子阵（１、３）与一幅Ｌ波段双极化子阵（２）组成一个Ｌ／Ｓ／Ｘ三波段双极化平面天线阵；ｂ．所述两个双波段双极化天线子阵（１，３）均采用了叠层微带贴片（４，５）与印刷偶极子（６，７）交织的布阵方式，在三个波段均采用了“成对反相激励”技术以提高全阵的交叉极化性能；子阵阵面排布时Ｌ波段振子（６，７）采用“Ｔ”字型分布以提高极化隔离度，且水平／垂直极化振子采用了不同的单元数量以保证水平与垂直极化的相位中心重合；ｃ．两幅子阵的叠层贴片（４，５）的结构均为：Ｘ波段驱动贴片（２４）、Ｓ波段驱动贴片（２８）分别置于第六基片（２３）、第三基片（１６）的上侧，Ｘ波段寄生贴片（２５）、Ｓ波段寄生贴片（２９）分别置于第五基片（２１）、第二基片（１４）的下侧，第五基片（２１）与第六基片（２３）、第二基片（１４）与第三基片（１６）分别由第五泡沫层（２２）和第二泡沫层（１５）隔开；直接采用探针激励（２６，３０）的方式进行馈电，降低了工艺复杂性；且在Ｓ、Ｘ波段的驱动贴片（２４，２８）上引入隔离槽（８，２７），以改善目标频带内的极化隔离度性能；ｄ．Ｌ／Ｓ子阵的Ｌ波段偶极子（６）嵌入在Ｓ波段叠层贴片（４）的空隙中，由第三基板（１６）上侧的馈网（１１）、贯穿第一、第二、第三３层基板（１２，１４，１６）和第一、第二两层泡沫层（１３，１５）的垂直过渡平行金属双线（１０）、位于第一基板（１２）下侧的印刷偶极子组成；ｅ．Ｌ单波段子阵及Ｌ／Ｘ子阵的偶极子（７）结构与（６）结构相似，区别仅在于馈网所在的基板（１６，１８，２３）厚度不同，其馈网的匹配枝节线（１１）的参数和偶极子长度也有所变化；ｆ．为了避免子阵分割时切割到Ｌ波段垂直极化偶极子（６），在馈网中引入了电抗性，使得偶极子长度缩短约２０％，因而解决了３∶１频率比下子阵拼接中引入的Ｌ波段扫描能力限制这一问题。...
【技术特征摘要】
一种L/S/X三波段双极化平面天线阵包括两幅L/X、L/S共口径双波段双极化天线子阵(1、3)和一幅L波段双极化子阵(2)，其特征在于a.采用子阵拼接的技术，将两幅所述L/X、L/S共口径双波段双极化天线子阵(1、3)与一幅L波段双极化子阵(2)组成一个L/S/X三波段双极化平面天线阵；b.所述两个双波段双极化天线子阵(1，3)均采用了叠层微带贴片(4，5)与印刷偶极子(6，7)交织的布阵方式，在三个波段均采用了“成对反相激励”技术以提高全阵的交叉极化性能；子阵阵面排布时L波段振子(6，7)采用“T”字型分布以提高极化隔离度，且水平/垂直极化振子采用了不同的单元数量以保证水平与垂直极化的相位中心重合；c.两幅子阵的叠层贴片(4，5)的结构均为X波段驱动贴片(24)、S波段驱动贴片(28)分别置于第六基片(23)、第三基片(16)的上侧，X波段寄生贴片(25)、S波段寄生贴片(29)分别置于第五基片(21)、第二基片(14)的下侧，第五基片(21)与第六基片(23)、第二基片(14)与第三基片(16)分别由第五泡沫层(22)和第二泡沫层(15)隔开；直接采用探针激励(26，30)的方式进行馈电，降低了工艺复杂性；且在S、X波段的驱动贴片(24，28)上引入隔离槽(8，27)，以改善目标频带内的极化隔离度性能；d.L/S子阵的L波段偶极子(6)嵌入在S波段叠层贴片(4)的空隙中，由第三基板(16)上侧的馈网(11)、贯穿第一、第二、第三3层基板(12，14，16)和第一、第二两层泡沫层(13，15)的垂直过渡平行金属双线(10)、位于第一基板(12)下侧的印刷偶极子组成；e.L单波段子阵及L/X子阵的偶极子(7)结构与(6)结构相似，区别仅在...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟顺时，孙竹，孔令兵，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。