专利名称：一种相控阵列天线的半球型互耦补偿天线罩的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及相控阵列天线领域，特别是相控阵列天线的互耦补偿领域，具体 涉及一种具有互耦补偿作用的高功率半球型介质天线罩。
背景技术：
天线是功率源与自由空间之间的交换装置。如果天线与自由空间不匹配，功率就 要向源反射，结果使辐射功率产生损耗，而且在天线的馈线将产生驻波。非波束扫描天线可 以方便地在靠近匹配源的点上调成匹配状态，即使不匹配也仅仅影响辐射的功率电平，方 向图并没有变化。但在相控阵这类波束扫描天线中，由于单元天线之间的互耦作用，辐射单 元的 阻抗是随波束扫描而变化的，而且有时随扫描角的变化还相当剧烈，极易失配并且失 配会导致在方向图中可能出现假波瓣，单元阻抗和方向都要发生变化。因此，相控阵天线设 计中，需要解决一个更重要的课题，即宽角的阻抗匹配问题，这就需要互耦补偿。互耦补偿概念的产生已经几十年了。各国的学者对互耦补偿进了大量研究，取得 了许多的成果，有些补偿方法还成功应用于实际的相控阵系统，有效地改善了相控阵的匹 配性能。虽然互耦补偿的方法各异，但是总的来说可以分为两类传输区匹配技术与自由空 间区匹配技术。传输区匹配技术是在馈电系统与天线之间的传输区域，采用无源电路在口径控制 高次模或通过各单元之间的分别互联或通过使用有源调谐电路来改善宽角阻抗匹配。比 较典型的应用包括1、增加连接电路[P. W. HANNAN，D. S. Lenrner, Impedande Matching a Phased—Array Antenna Over Wide Scan Angles byConnecting Circuits, IEEE Trans, on microwave theory and techniques, 1965,13(1) :28_34] ；2、设置介质板材[CHA0-CHUN CHEN,Broad-Band ImpendanceMatching of Rectangular Waveguide Phased Arrays,IEEE Trans. On MicrowaveTheory and Techniques, vol. AP-21, NO. 3, MAY 1973] ；等。这些 传输区匹配技术在相控阵天线中得到了应用。然而，由于电路元件和匹配结构存在于传输 线区，限制了系统的传输功率，因而限制了这种结构在大功率和高功率领域的应用。自由空间匹配则是在相控阵天线与自由空间交接处通过增加匹配结构来实现。 Mailloux发表了一些有关于在自由空间增加隔板的研究结果[Mailloux R J. Surface waves and anomalous wave radiation nulls in phased arrays of TEMwaveguides with fences. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1972,16(1) 160 166]； Doufort 则研究了复杂的波纹隔板装置[Dufotr D C. Design of corrugated plates for phased array matching. IEEE Transactionson Antennas and Propagation. 1968,16(1) 37 46]。这种插入金属隔板的方法简单易行，使线极化阵列的E面扫描性能得到了改善。 然而这种方法不能改善H面的扫描性能，因而并不适用于圆极化阵列。Hessel和Knittle介 绍的力口载地板技术[A. Hessel,G. H. Knittel,The Prerfomance of A Planar PhasedArray with a Perforated Ground Plane, IEEE Transactions on Anetnnas andPropagation,1972]同样只适用于线极化。利用高介电常数介质薄板进行宽角匹配的方法[Magill E G, Wheeler H A. Wide-angle impedance matching of aplanar array antenna by a dielectric sheet. IEEE Transactions on Antennasand Propagation. 1966,14(1)]早 有研究，RE Collin对此种薄板的特性作了精确的分析[R. Ε. Collin. Field Theory of Guided Waves. NewYork =McGrawHill, 1960] 研究发现，通过对薄片厚度和材料的合理选 择，可以较好的补偿由于扫描引起的阻抗变化。但是这种结构不易加工，也不能承受较高的 气压，因此，并不适合需要通过充气或抽真空来提高功率容量的高功率应用场合。
实用新型内容本实用新型的目的就是提供一种相控阵列天线的半球型互耦补偿天线罩。该介质 天线罩用于相控阵天线的互耦阻抗补偿，能使相控阵列天线与自由空间的阻抗匹配，且可 兼作天线罩实现相控阵列天线的密封，内部能承受较高的气压、功率容量高，适用于多种极 化阵列天线，并且其结构简单、加工容易。本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案是一种相控阵列天线的半球型 互耦补偿天线罩，其组成为半球壳或球冠状的高介电常数的介质罩盖、介质罩盖的盖沿与 圆环形的高介电常数的底座的顶部相连，底座的底部固定在相控阵列天线的口径面上。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是一、当相控阵波束扫描时，不同角度下高功率半球型互耦补偿介质天线罩所表现 出的电纳不同，这种随角度变化的电纳正好补偿了因扫描角改变而改变的相控阵列天线单 元的阻抗，其互耦补偿效果好，适用于多种极化形式的相控阵列天线，阵列天线的匹配特性 得到明显改善。实验证明，使用本实用新型的介质罩的相控阵列天线的辐射效率可达到96%以 上，其功率减少很小，天线的匹配特性好。二、罩盖与底座连接成一体，且底座固定在相控阵列天线的口径面上，成为密封外 壳可兼作天线罩使用，圆拱形结构可以承受较高的气压，因此可在其内部抽真空或充其他 气体，以提高整个系统的功率容量。三、整个结构仅由球形的介质罩和底座相连构成，其结构简单，加工容易。上述的底座的下部向外凸起形成凸台，底座通过该凸台螺纹固定在相控阵列天线 的口径面上。这样，整个介质罩可以很方便地可拆卸地固定在相控阵列天线口径面上。
以下结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型实施例一的结构示意图。图2是本实用新型实施例二的结构示意图
具体实施方式
实施例一图1示出，本实用新型的一种实施方式是一种相控阵列天线的半球型互耦补偿天线罩，其组成为半球壳或球冠状的高介电常数的介质罩盖1、介质罩盖1的盖沿与圆环 形的高介电常数的底座2的顶部相连，底座2的底部固定在相控阵列天线的口径面4上。本例的底座2的下部向外凸起形成凸台2b，底座2通过该凸台2b螺纹固定在相控 阵列天线的口径面4上。本例的介质罩盖1各处的厚度均勻。本例的介质罩使用于圆极化相控阵列天线，相控阵中每个单元天线上使用一个介质罩。以下给出本例的介质罩用于一圆极化相控阵列天线的具体尺寸和结构从图1看出；微波经传输线5激励圆极化单元天线3辐射能量；圆极化的一个单元 天线3置于该介质罩内部的中心位置；介质罩底座2的凸台2b螺纹固定在相控阵口径面4 上。当微波工作频率为4GHz时，本实施例的具体尺寸为此圆极化相控阵列天线采用 三角型栅格，单元间距0. 62波长；介质罩盖1为一个半球，内直径44. 8mm、壁厚1. 5mm ；介质 罩底座2内直径44. 8mm、壁厚1. 5mm、高8mm，凸台2b壁厚4. 5mm、高2mm。数值模拟结果表明，本实施例在阵列轴向辐射时，辐射效率为98.7%，轴比1.2 ； 阵列扫描到方位角90度平面内俯仰角45度时，辐射效率为96%，轴比1. 35。模拟计算阵 列扫描单元波瓣的情况说明，该介质罩的引入不会引起表面波效应，阵列在整个扫描空域 内可以得到较好的匹配。可见，本例的介质罩使阵列在扫描过程中得到了较好地补偿。实施例二图2示出，本实施例与实施例一基本相同，不同的仅仅是此介质罩应用于线极化 相控阵列天线。图中表示该介质罩用于阵列中的一个单元天线的结构；线极化单元天线6 置于该介质罩内部的中心位置。当微波工作频率为4GHz时，本实施例的具体尺寸为此线极化相控阵列天线采用 矩形栅格，单元间距0. 65波长；介质罩盖1为球冠，内直径21mm、壁厚1mm、高16. 55mm ；介 质罩底座2内直径21mm、壁厚1mm、高7. 5mm，凸台2b壁厚(宽度)6mm、高2mm。数据模拟结果表明，本实施例在阵列轴向辐射匹配的情况下，阵列在H面内扫描 到60度时，辐射效率96% ；阵列在E面扫描到50度时辐射效率96. 7% ；，模拟扫描单元波 瓣的结果说明，该介质罩不会引起表面波效应，阵列在整个扫描空域内可以得到较好的匹 配；这说明阵列在扫描过程中得到了一定程度的补偿。本实用新型在实施时，介质罩1高介电常数的底座2和高介电常数的介质罩1可 以是一体化的整体式结构，也可采用粘结、镶嵌等方式连接在一起。介质罩1和底座2可采 用陶磁材料制成。
权利要求一种相控阵列天线的半球型互耦补偿天线罩，其组成为半球壳或球冠状的高介电常数的介质罩盖(1)、介质罩盖(1)的盖沿与圆环形的高介电常数的底座(2)的顶部相连，底座(2)的底部固定在相控阵列天线的口径面(4)上。
2.根据权利要求1所述的相控阵列天线的半球型互耦补偿天线罩，其特征是所述的 底座(2)的下部向外凸起形成凸台(2b)，底座(2)通过该凸台(2b)螺纹固定在相控阵列天 线的口径面⑷上。
专利摘要本实用新型公开了一种相控阵列天线的半球型互耦补偿天线罩，其组成为半球壳或球冠状的高介电常数的介质罩盖(1)、介质罩盖(1)的盖沿与圆环形的高介电常数的底座(2)的顶部相连，底座(2)的底部固定在相控阵列天线的口径面(4)上。该介质天线罩用于相控阵天线的互耦阻抗补偿，能使相控阵列天线与自由空间的阻抗匹配，且可兼作天线罩实现相控阵列天线的密封，内部能承受较高的气压、功率容量高，适用于多种极化阵列天线，并且其结构简单、加工容易。
文档编号H01Q1/52GK201556706SQ20092027438
公开日2010年8月18日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者刘庆想, 张健穹, 李相强, 赵柳 申请人:西南交通大学