專利名稱：用于高功率的具有多級(jí)混合波束形成網(wǎng)絡(luò)的雙極化天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波通信并進(jìn)一步涉及波束形成網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。
技術(shù)背景
微帶貼片輻射器上的雙極化天線被提供有多級(jí)高功率混合波束形成網(wǎng)絡(luò)(BFN)。 BFN是這種天線系統(tǒng)的核心，這是由于其不僅為所需的輻射提供必需的激勵(lì)而且還將高功 率電平降到微帶饋線所能容忍的電平。對(duì)于空中和星載應(yīng)用而言，BFN的關(guān)鍵要求是寬帶 操作、高精度功率分配(power division)(典型地0. 5db幅度和5. 0°相位)、高功率能力 和可靠技術(shù)。
對(duì)能夠以高功率且緊湊的方式操作的配電網(wǎng)絡(luò)的需求是需要的。由此開發(fā)出新型 的多級(jí)共同配電網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⒐β视行У貜牟▽?dǎo)耦合到主級(jí)方同軸網(wǎng)絡(luò)然后耦合到次級(jí)方 同軸網(wǎng)絡(luò)并最終從方同軸耦合到微帶網(wǎng)絡(luò)。此配電網(wǎng)絡(luò)在高功率操作尤其在SAR應(yīng)用中需 要的波束形成網(wǎng)絡(luò)中獲得廣泛應(yīng)用。波束形成網(wǎng)絡(luò)是波導(dǎo)、方同軸線和微帶線的組合以滿 足高功率需求。賦形通過開發(fā)新方向圖綜合技術(shù)來提供用于得到使其能夠?qū)崿F(xiàn)的具有優(yōu)化 電流錐度比和互耦的無波動(dòng)方向圖。
本發(fā)明已致力于開發(fā)波導(dǎo)和方同軸線的獨(dú)特的配電網(wǎng)絡(luò)組合，使其作為用于高功 率空中SAR應(yīng)用的可行輻射振子選件的多級(jí)印刷微帶天線是可行的。這將利于增加帶寬、 低插入損耗同時(shí)提高交叉極化。
由中空波導(dǎo)制成的波束形成網(wǎng)絡(luò)從功率控制(power handling)的觀點(diǎn)出發(fā)是最 適合的，但是從重量和緊湊性的觀點(diǎn)出發(fā)，BFN通常不單單由波導(dǎo)制成。在此情況下，矩形 (或更具體地，方形)同軸線在低頻范圍如L波段、C波段至X波段被用作傳輸介質(zhì)。在 過去被廣泛使用的圓同軸線不提供為為了機(jī)械益處的平坦表面，并具有明確限定的極化平 面。而且在實(shí)際中，可推測(cè)的是，至少在一些情況，對(duì)于矩形線，交叉極化比或排斥具有不期 望的可替代極性的波的能力可能是較優(yōu)的。矩形同軸線的損耗特性和功率使用能力與圓同 軸線的損耗特性和功率使用能力相當(dāng)。然而，制造具有矩形橫截面的部件更經(jīng)濟(jì)，并且此類 型的同軸線在采用大量部件的饋電系統(tǒng)中被主要使用以形成BFN。
特別地，從方-X到其它傳輸介質(zhì)的不同類型的過渡設(shè)計(jì)對(duì)于最佳構(gòu)造是非常重 要的，并且沒有公開文獻(xiàn)給出這種設(shè)計(jì)的任何線索。因此，對(duì)矩形同軸線和波導(dǎo)波束形成器 的各個(gè)方面開展系統(tǒng)性研究是絕對(duì)必要的，然后進(jìn)行模擬、設(shè)計(jì)、制造和RF測(cè)試。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述各種過渡，比如方同軸到微帶的過渡被提供以匹配電抗，該過渡 通過設(shè)計(jì)具有線性電阻分布特性的探針來匹配內(nèi)導(dǎo)體中的阻抗和溝槽不連續(xù)(groove discontinuity)。新的方同軸線過渡通過為寬帶匹配在內(nèi)和外導(dǎo)體二者中提供溝槽并使其 能夠在高達(dá)X波帶的較高頻率下操作而被開發(fā)。從波導(dǎo)到方同軸線的功率通過開發(fā)頂部負(fù) 載探針(top loaded probe)而被傳輸。功率還被有效地耦合到驅(qū)動(dòng)印刷貼片并且然后被有效地耦合到寄生貼片輻射器，從而用于提供寬的帶寬。
本發(fā)明涉及一種用于高功率天線系統(tǒng)的具有多級(jí)配電網(wǎng)絡(luò)的混合波束形成網(wǎng)絡(luò)， 其包括矩形波導(dǎo)到方同軸線的過渡單元，該過渡單元具有頂部負(fù)載 鈴狀探針，以提供用 于模式變換的電容部件，輸入波導(dǎo)管將輸入提供到垂直波導(dǎo)管，兩個(gè)所述波導(dǎo)管通過LMP 焊接而連接；方同軸到方同軸線的過渡單元，該過渡單元能夠通過圓同軸線連接在饋入網(wǎng) 絡(luò)的兩個(gè)不同層之間，所述單元具有位于內(nèi)導(dǎo)體中的不連續(xù)溝槽，以相對(duì)于外導(dǎo)體或?qū)拵?匹配進(jìn)行優(yōu)化，所述過渡單元具有輸出波導(dǎo)管，該輸出波導(dǎo)管被HMP焊接到從波導(dǎo)延伸的 曲形垂直波導(dǎo)管；方同軸到微帶的過渡單元，該過渡單元具有位于內(nèi)導(dǎo)體中不連續(xù)溝槽，以 使其能夠以不同頻率工作；和用于多層印刷天線處的復(fù)雜激勵(lì)的微帶饋入網(wǎng)絡(luò)，該微帶饋 入網(wǎng)絡(luò)通過生成位于單位圓外的根對(duì)進(jìn)行優(yōu)化。
在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，一種帶有多層印刷天線的雙極化賦形波束天線被 限定為包括第一層，該第一層具有彼此以規(guī)定距離分離布置的C-法蘭夾、T-法蘭夾和 平法蘭；第二層，該第二層用于將輸入提供通過兩個(gè)波導(dǎo)WR159 ；第三層，該第三層具有用 于容納1X4的蓋板以支撐下一層中的1X4波導(dǎo)；第四層，該第四層具有1X4左內(nèi)導(dǎo)體 和1X4右內(nèi)導(dǎo)體，兩個(gè)所述導(dǎo)體均將1個(gè)輸入分配到4個(gè)輸出，該第四層在輸入端包括矩 形波導(dǎo)到方同軸的單元并在輸出端包括連接到下一層的方同軸到方同軸的過渡單元；第 五層，通過提供每側(cè)上的兩個(gè)與下一對(duì)不對(duì)稱的四個(gè)不對(duì)稱1X8區(qū)段，該第五層具有用于 1X32方同軸線的兩個(gè)殼體；第六層，該第六層形成用于從所述第五層形成的1X64殼體 的蓋板底部；和形成微帶饋入網(wǎng)絡(luò)貼片層的饋入網(wǎng)絡(luò)微帶線、下貼片層、聚甲基丙烯酰亞胺 (Rohacell)泡沫層和上貼片層。


將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)地討論，其中
圖1描繪具有多級(jí)混合波束形成網(wǎng)絡(luò)的雙極化天線的三維視圖2示出硬件的細(xì)節(jié)；
圖3描繪矩形波導(dǎo)WR159的輸入段；
圖4示出用于雙極的IX 16方同軸饋入網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)；
圖5示出用于雙極的1X4方同軸饋入網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)；
圖6示出1X4方同軸線的內(nèi)導(dǎo)體和各種過渡；
圖7示出1X8方同軸線的內(nèi)導(dǎo)體和各種過渡；
圖8示出1X8方同軸線的不同部分；
圖9示出方同軸線到微帶線的過渡和方同軸線到方同軸線的過渡；
圖10示出雙極化天線的8X32振子微帶饋入網(wǎng)絡(luò)層和貼片層。
具體實(shí)施方式
描繪了具有多級(jí)混合波束形成網(wǎng)絡(luò)的雙極化天線的3D視圖，其在天線的分解視 圖中被進(jìn)一步限定。具有多層印刷天線(圖幻的雙極化賦形波束天線由各層形成。其具 有第一層，該第一層具有彼此以規(guī)定距離分離放置的C-法蘭夾(flange clamp) (la)、T_法 蘭夾(lb)和平法蘭(Ic)。第二層將輸入提供通過兩個(gè)波導(dǎo)WR15iK2a、2b)，該輸入隨后通4過網(wǎng)絡(luò)散布。圖3中給出波導(dǎo)的細(xì)節(jié)圖。第三層具有用于容納lX4(3a)的蓋板以支撐下 一層中的1X4波導(dǎo)，殼體單元被限定在圖5中，圖5示出形成層的頂部殼體。第四層具有 1X4左內(nèi)導(dǎo)體Ga)和1X4右內(nèi)導(dǎo)體(4b)，兩個(gè)導(dǎo)體均將1個(gè)輸入分配到4個(gè)輸出(圖 7)，該層在輸入端處具有矩形波導(dǎo)到方同軸的單元并在輸出端處具有連接到下一層的方同 軸到方同軸的過渡單元。第五層具有用于lX32(5ajb和圖幻方同軸線的兩個(gè)殼體。這 通過每側(cè)上有兩個(gè)的四個(gè)1X8區(qū)段而被提供。區(qū)段對(duì)與彼此相反的下一對(duì)是不對(duì)稱的，從 而形成32個(gè)輸出。第六層形成用于從第五層形成的1X64殼體的蓋板底部(6)。最后三層 形成微帶饋入網(wǎng)絡(luò)貼片層(圖11)，其包括饋入網(wǎng)絡(luò)微帶線(7)、下貼片層(8)、聚甲基丙烯 酰亞胺泡沫層(9)和上貼片層(10)。
用于高功率天線系統(tǒng)具有多級(jí)配電網(wǎng)絡(luò)的混合波束形成網(wǎng)絡(luò)包括以下過渡單元。
波導(dǎo)到方同軸線的過渡
該過渡將功率從波導(dǎo)耦合到方同軸線。矩形波導(dǎo)中的主模是TElO而在方同軸線 中是TEM模式。模式變換通過頂部加載探針執(zhí)行，以給出所需的電容部件?，F(xiàn)鈴狀的探針 用于耦合該過渡。該過渡示出在圖6中。矩形波導(dǎo)到方同軸線的過渡單元具有輸入波導(dǎo)管 (4c)，其將輸入提供到垂直波導(dǎo)管(4d)，兩個(gè)波導(dǎo)管通過LMP焊接而連接。
方同軸到方同軸線的過渡
該過渡將連接方同軸線(SCL)中的饋入網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)不同層。圓同軸線用于 連接該兩個(gè)層。回波損耗和插入損耗的性能通過優(yōu)化內(nèi)導(dǎo)體的溝槽不連續(xù)(groove discontinuity)以及內(nèi)導(dǎo)體相對(duì)于外導(dǎo)體的端部位置來獲得。圖9中給出了示意圖。方同 軸到方同軸線的過渡單元能夠通過圓同軸線連接在饋入網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)不同層之間，所述單元 在內(nèi)導(dǎo)體中具有不連續(xù)溝槽，以相對(duì)于外導(dǎo)體或?qū)拵ヅ溥M(jìn)行優(yōu)化，過渡單元具有輸出波 導(dǎo)管(4b)，該輸出波導(dǎo)管Gb)被HMP焊接到從波導(dǎo)延伸的曲形垂直波導(dǎo)管。
方同軸線到微帶線的過渡
從方同軸線到微帶線的過渡對(duì)于所需的阻抗匹配是最為重要的。單個(gè)過渡不能為 所有的頻率范圍工作。為了獲得良好的回波損耗和功率耦合，方同軸線的形狀在過渡位置 處通過提供溝槽不連續(xù)而被改進(jìn)。這些內(nèi)導(dǎo)體形狀中的不同的不連續(xù)導(dǎo)致過渡在不同頻率 范圍中工作。該過渡示出在圖9中。方同軸到微帶的過渡單元被提供以匹配電抗并使其能 夠以不同頻率工作，該過渡單元具有帶線性電阻分布特性的探針以匹配內(nèi)導(dǎo)體中的阻抗和 不連續(xù)溝槽。
微帶饋入網(wǎng)絡(luò)
此饋入網(wǎng)絡(luò)已被設(shè)計(jì)以獲得由零擾動(dòng)法計(jì)算出的所需的幅度和相位。通過對(duì)位于 單位圓外的所有根生成根對(duì)來進(jìn)行優(yōu)化。饋入網(wǎng)絡(luò)是導(dǎo)致較小的相散的共同型(corporate type)，并因此提供較大的5.0%的帶寬。此饋入網(wǎng)絡(luò)示出在圖10中。多層印刷天線處用于 復(fù)雜激勵(lì)的微帶饋入網(wǎng)絡(luò)通過生成位于單位圓外的根對(duì)來優(yōu)化。
主要特征
天線通過使用混合配電網(wǎng)絡(luò)利用高功率多級(jí)波導(dǎo)到方同軸線、方同軸線到微帶。
用于雙極化操作的混合高配電網(wǎng)絡(luò)由H平面功率分配器、方同軸共同線饋入網(wǎng) % (square coaxial corporate line feed network)禾口㈣入網(wǎng)會(huì)各 @。
階梯分配在方同軸共同線饋入網(wǎng)絡(luò)中給出，以得到所需抑制的旁瓣電平。在微 帶貼片天線的八個(gè)輸入端口處的復(fù)雜電流激勵(lì)通過微帶配電網(wǎng)絡(luò)獲得。
多層EMCP輻射器已被選擇用于所需的寬的帶寬、低交叉極性和低插入損耗。
應(yīng)用
高功率混合配電網(wǎng)絡(luò)能夠用作在空中和星載應(yīng)用中使用的高功率天線系統(tǒng)的 波束形成網(wǎng)絡(luò)。
通過將高功率混合配電系統(tǒng)饋入到多層印刷天線，其已被用在DMSAR(使用合 成孔徑雷達(dá)的災(zāi)害管理)項(xiàng)目的星載應(yīng)用中。傳統(tǒng)印刷天
線不能控制高功率。
DMSAR天線的技術(shù)規(guī)范
權(quán)利要求
1.一種用于高功率天線系統(tǒng)的具有多級(jí)配電網(wǎng)絡(luò)的混合波束形成網(wǎng)絡(luò)，包括 矩形波導(dǎo)到方同軸線的過渡單元，該過渡單元具有頂部負(fù)載 鈴狀探針，以提供用于模式變換的電容部件，輸入波導(dǎo)管Ge)將輸入提供到垂直波導(dǎo)管(4d)，兩個(gè)所述波導(dǎo)管通 過LMP焊接而連接；方同軸到方同軸線的過渡單元，該過渡單元能夠通過圓同軸線連接在饋入網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè) 不同層之間，所述單元具有位于內(nèi)導(dǎo)體中的不連續(xù)溝槽，以相對(duì)于外導(dǎo)體或?qū)拵ヅ溥M(jìn)行 優(yōu)化，所述過渡單元具有輸出波導(dǎo)管(4b)，該輸出波導(dǎo)管Gb)被HMP焊接到從波導(dǎo)延伸的 曲形垂直波導(dǎo)管；方同軸到微帶的過渡單元，該過渡單元被提供以匹配電抗并使能夠以不同頻率工作， 該過渡單元具有帶線性電阻分布特性的探針以匹配內(nèi)導(dǎo)體中的阻抗和不連續(xù)溝槽；和用于多層印刷天線處的復(fù)雜激勵(lì)的微帶饋入網(wǎng)絡(luò)，該微帶饋入網(wǎng)絡(luò)通過生成位于單位 圓外的根對(duì)進(jìn)行優(yōu)化。
2.一種帶有多層印刷天線的雙極化賦形波束天線(圖1)，包括第一層，該第一層具有彼此以規(guī)定距離分離放置的C-法蘭夾(la)、T-法蘭夾(Ib)和 平法蘭(Ic)；第二層，該第二層用于將輸入提供通過兩個(gè)波導(dǎo)WR159(h、2b)； 第三層，該第三層具有用于容納1 X 4 (3a和圖幻的蓋板以支撐下一層中的1 X 4波導(dǎo)； 第四層，該第四層具有1X4左內(nèi)導(dǎo)體Ga)和1X4右內(nèi)導(dǎo)體(4b)，兩個(gè)所述導(dǎo)體均將 1個(gè)輸入分配到4個(gè)輸出(圖6)，該第四層在輸入端包括矩形波導(dǎo)到方同軸的單元并在輸 出端包括連接到下一層的方同軸到方同軸的過渡單元；第五層，通過提供每側(cè)上的兩個(gè)與下一對(duì)不對(duì)稱的四個(gè)不對(duì)稱1X8區(qū)段，該第五層具 有用于lX32(5ajb和圖4)方同軸線的兩個(gè)殼體；第六層，該第六層形成用于從所述第五層形成的1X64殼體的蓋板底部(6)；和 形成微帶饋入網(wǎng)絡(luò)貼片層(圖10)的饋入網(wǎng)絡(luò)微帶線(7)、下貼片層(8)、聚甲基丙烯 酰亞胺泡沫層(9)和上貼片層(10)。
3.—種基本上如本文中參照附圖所描述的混合波束形成網(wǎng)絡(luò)。
4.一種基本上如本文中參照附圖所描述的雙極化賦形波束天線。
全文摘要
一種用于高功率的具有多級(jí)混合波束形成網(wǎng)絡(luò)的雙極化天線。本發(fā)明涉及一種用于高功率天線系統(tǒng)的具有多級(jí)配電網(wǎng)絡(luò)的混合波束形成網(wǎng)絡(luò)，包括矩形波導(dǎo)到方同軸線的過渡單元、方同軸到方同軸線的過渡單元、方同軸到微帶的過渡單元和微帶饋入網(wǎng)絡(luò)。一種帶有多層印刷天線的雙極化賦形波束天線包括第一層，具有C-法蘭夾、T-法蘭夾和平法蘭；第二層，用于將輸入提供通過兩個(gè)波導(dǎo)WR159；第三層，具有用于容納1×4的蓋板；第四層，具有1×4左內(nèi)導(dǎo)體(4a)和1×4右內(nèi)導(dǎo)體；第五層，通過提供每側(cè)上的兩個(gè)與下一對(duì)不對(duì)稱的四個(gè)不對(duì)稱1×8區(qū)段，該第五層具有用于1×32方同軸線的兩個(gè)殼體；第六層，形成用于從所述第五層形成的1×64殼體的蓋板底部；和形成微帶饋入網(wǎng)絡(luò)貼片層的饋入網(wǎng)絡(luò)微帶線、下貼片層、聚甲基丙烯酰亞胺泡沫層和上貼片層。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK102037610SQ200980107343
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年1月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月1日
發(fā)明者喬蒂·拉吉夫, 巴瑟德·卡爾蒂克, 布尚·夏爾馬·沙希, 布拉塔·查克拉巴季·蘇馬亞, 庫(kù)什雷斯塔·桑吉夫, 庫(kù)馬爾·潘迪·巴倫杜 申請(qǐng)人:印度太空研究組織