多频段共口径高效率天线阵的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及共口径天线阵列技术领域，特别是一种多频段共口径高效率天线阵。
【背景技术】
[0002]多频天线的实现方法有叠层，嵌套等一些方法，当工作频段相差比较多，一般采用共口径或者部分共口径的方法。共口径天线的一个重要的发展趋势是多波段、宽带，使用两个或多个频段共用一个天线阵列，可以充分发挥雷达测量的特点。不同频点的结构通常采用叠层的工作方式，之间用FSS(频率选择表面)提高其隔离度。共口径天线的设计可以采用微带天线，对称阵子结构，螺旋天线结构，抛物面与螺旋天线等。但是由于微带天线具有加工方便、低剖面、易组阵的优点，所以大多数的共口径天线都是采用微带结构。当天线阵面比较大时，用微带结构馈电，馈线损耗比较大，天线效率低。波导裂缝阵阵面口径电场幅度和相位分布能精确地控制，且波导传输功率容量大、损耗小，因而容易实现高效率、高增益、高功率、低副瓣、窄波束和赋形波束的要求；其次，它的馈电系统和辐射系统一体化，成板状结构，天线轮廓侧面较小故能方便转动或与飞行器载体共形。为了降低天线剖面，学者们提出了卡塞格伦天线，但是其比较笨重，各个频段之间的耦合度高，效率低，馈线损耗高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种能够工作在S、X、Ku、Ka波段的多频段共口径高效率天线阵。
[0004]实现本发明目的的技术解决方案为:一种多频段共口径高效率天线阵，包括副反射面、S波段偶极子天线阵列、Ka波段主反射面阵列、馈源喇叭天线、X波段波导裂缝阵天线、Ku波段波导裂缝阵天线、填充泡沫；
[0005]所述天线阵分为上、下两层，上层为Ka波段主反射面阵列、下层为X波段波导裂缝阵天线、Ku波段波导裂缝阵天线；副反射面设置于Ka波段主反射面阵列的正上方；所述X波段波导裂缝阵天线、Ku波段波导裂缝阵天线之间采用行波阵形式设置，且X波段波导裂缝阵天线的X波段波导裂缝天线和Ku波段波导裂缝阵天线的Ku波段波导裂缝天线交叉排列^波段偶极子天线阵列垂直插入X波段波导裂缝阵天线、Ku波段波导裂缝阵天线之间的波导缝；馈源喇叭天线设置于天线阵的阵面中心，且馈源喇叭天线的轴线与副反射面的轴线在一条直线上；填充泡沫设置于Ku波段波导裂缝阵天线的下方使得X波段波导裂缝阵天线、Ku波段波导裂缝阵天线上表面位于同一水平高度。
[0006]进一步地，所述S波段偶极子天线阵列中相邻两排S波段偶极子天线的间距为3排X波段波导裂缝天线和3排Ku波段波导裂缝天线宽度之和。
[0007]进一步地，所述S波段偶极子天线阵列中的每个S波段偶极子天线均包括偶极子介质层以及偶极子介质层表面印制的金属引向、偶极子单元、180°功分器、微带线端口、匹配枝节；从底部微带线端口馈电，能量经过180°功分器到达偶极子单元，然后辐射到空间中。
[0008]进一步地，所述Ka波段主反射面阵列包括反射介质层以及反射介质层上表面印制的反射圆环单元，反射圆环单元中相邻反射圆环圆心之间的距离均为天线阵的Ka波段主反射面阵列工作频段波长的0.6倍；电磁波从馈源喇叭天线到达副反射面后反射回Ka波段主反射面阵列，调整反射圆环单元的大小，调节入射波的反射相位，使得反射回去的电磁波实现同向辐射。
[0009]进一步地，所述馈源喇叭天线包括同轴馈电端口、波导段、喇叭段；同轴馈电端口位于距波导段底部l/4Ka波段主反射面阵列工作频段波长的位置，波导段与喇叭段相连接。
[0010]进一步地，所述X波段波导裂缝阵天线的波导窄壁上开“八字型”x波导裂缝单元，Ku波段波导裂缝阵天线的波导窄壁上开“八字型” Ku波导裂缝单元，从波导端口馈电，从X波段波导裂缝阵天线和Ku波段波导裂缝阵天线的辐射单元辐射能量。
[0011 ] 进一步地，所述副反射面设置于Ka波段主反射面阵列的正上方，副反射面至Ka波段主反射面阵列上表面之间的距离为Ka波段主反射面阵列口径的0.3倍。
[0012]本发明与现有技术相比，其显著优点为:(1)上层为S频段，采用偶极子作为天线单元，对下层天线遮挡比较小；(2)中间采用卡塞格伦反射阵天线，剖面低，降低各个频段之间的耦合度，重量轻；(3)下层采用波导裂缝阵形式，效率高，馈线损耗低。
【附图说明】
[0013]图1为本发明多频共口径高效率阵列天线结构框架侧视图。
[0014]图2为本发明多频共口径高效率阵列天线结构框架俯视图。
[0015]图3为本发明多频共口径高效率阵列天线S频段偶极子单元结构图。
[0016]图4为本发明多频共口径高效率阵列天线S频段单根偶极子天线阵列辐射方向图。
[0017]图5为本发明多频共口径高效率阵列天线Ka波段反射阵列天线的结构示意图。
[0018]图6为本发明多频共口径高效率阵列天线Ka波段反射阵列天线的馈源结构图。
[0019]图7为本发明多频共口径高效率阵列天线Ka波段反射阵面示意图。
[0020]图8为本发明多频共口径高效率阵列天线Ka波段的反射单元结构图。
[0021]图9为本发明多频共口径高效率阵列天线Ka波段的反射阵列天线的辐射方向图。
[0022]图10为本发明多频共口径高效率阵列X/Ku波导裂缝阵结构示意图。
[0023]图11为本发明多频共口径高效率阵列X/Ku波段的波导裂缝阵单元结构图。
[0024]图12为本发明多频共口径高效率阵列天线X波段的单根波导裂缝阵辐射方向图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0026]本发明多频段共口径高效率天线阵，其中S频段的天线采用极子单元，中间Ka波段为反射阵形式，结合卡塞格伦天线的特点，用副反射面降低整个天线剖面，下层为X/Ku波段波导裂缝阵的集成。由于频率不同，波导的高度不同，为了上层天线的性能，Ku波段的波导下面垫一层泡沫，使得波导裂缝阵的高度相同。
[0027]本发明的工作原理为:S/X/Ku/Ka的频率比为1:3.75:6.62:11.7，直接全部集成，口径效率比较低，容易有栅板的出现。根据其频率特点S波段频率比较低，单元间距大，采用偶极子的单元形式，尺寸比较小，并且其结构可以竖直插放，占用口径比较小，放在上层，其馈电网络在下层。Ka波段频段高，相同的口径单元数目多，馈电网络比较难以实现，采用卡塞格伦反射阵的形式，采用圆环反射单元，实质是FSS单元，对其他频段的性能影响比较小。下层为X、Ku波导裂缝阵，其采用部分共口径方式，在波导的窄边开偏置的裂缝，由若干条辐射阵面、一条交叉放置的耦合波导、一个为耦合波导馈电的馈电波导共3个部分组成。
[0028]结合图1?2，本发明多频段共口径高效率天线阵，包括副反射面1、S波段偶极子天线阵列2、Ka波段主反射面阵列3、馈源喇叭天线4、X波段波导裂缝阵天线5、Ku波段波导裂缝阵天线6、填充泡沫7 ;所述天线阵分为上、下两层，上层为Ka波段主反射面阵列3、下层为X波段波导裂缝阵天线5、Ku波段波导裂缝阵天线6 ;副反射面1设置于Ka波段主反射面阵列3的正上方；所述X波段波导裂缝阵天线5、Ku波段波导裂缝阵天线6之间采用行波阵形式设置，且X波段波导裂缝阵天线5的X波段波导裂缝天线和Ku波段波导裂缝阵天线6的Ku波段波导裂缝天线交叉排列；S波段偶极子天线阵列2垂直插入X波段波导裂缝阵天线5、Ku波段波导裂缝阵天线6之间的波导缝；馈源喇叭天线4设置于天线阵的阵面中心，且馈源喇叭天线4的轴线与副反射面1的轴线在一条直线上；填充泡沫7设置于Ku波段波导裂缝阵天线6的下方使得X波段波导裂缝阵天线5、Ku波段波导裂缝阵天线6上表面位于同一水平高度。
[0029]进一步地，所述S波段偶极子天线阵列2中相邻两排S波段偶极子天线的间距为3排X波段波导裂缝天线和3排Ku波段波导裂缝天线宽度之和。
[0030]进一步地，所述S波段偶极子天线阵列2中的每个S波段偶极子天线均包括偶极子介质层25以及偶极子介质层25表面印制的金属引向21、偶极子单元22、180°功分器
23、微带线端口 24、匹配枝节26 ;从底部微带线端口 24馈电，能量经过180°功分器23到达偶极子单元22，然后辐射到空间中。
[0031 ] 进一步地，所述Ka波段主反