基于平面介質(zhì)透鏡的平板波導cts天線寬頻帶饋電線源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天線及饋源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種通過平面介質(zhì)透鏡將H面喇叭產(chǎn)生的柱面波前轉(zhuǎn)換為平面波前并輸出的寬頻帶線源，實現(xiàn)對平板波導CTS天線的饋電。
【背景技術(shù)】
[0002]在通信應(yīng)用領(lǐng)域，具有寬頻帶、低剖面的高性能天線一直是天線設(shè)計者追求的目標。尤其是對星載天線而言，寬頻帶可以使天線工作在多個頻段，實現(xiàn)多功能復用；低剖面可以大幅降低衛(wèi)星發(fā)射成本。因此，提出一種能夠運用于寬帶通信領(lǐng)域的低成本高性能天線是一項很重要的任務(wù)，期望的特性包括:寬頻帶，低機械輪廓，高效率，重量輕，低副瓣以及低成本、易維護等。CTS(Continue Transverse Stub，連續(xù)橫向枝節(jié))陣列天線具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、帶寬較寬、輻射效率高以及成本低等優(yōu)點，在衛(wèi)星通信及各種雷達系統(tǒng)中具有很大的應(yīng)用潛力。
[0003]平板波導CTS天線最早由美國休斯公司(Hughes Aircraft Company)于1990年發(fā)明。平板波導CTS天線的主要工作機理是:在平板波導上開連續(xù)橫向短截線，沿著縱向傳播的準T EM模式場被連續(xù)的橫向截斷節(jié)所阻斷，并在橫向的截斷節(jié)之間感應(yīng)出位移電流，該位移電流在橫向節(jié)周圍激勵起等效的電場，并福射電磁場。其波束寬度和副瓣電平可通過調(diào)整橫向節(jié)的位置分布進行優(yōu)化和控制。
[0004]用于平板波導CTS天線饋電的線源，一方面對天線的匹配和駐波產(chǎn)生直接的影響；另一方面線源的幅度和相位特性對天線的輻射場增益、副瓣電平具有決定性影響。因此要得到良好的天線整體性能，線源的設(shè)計至關(guān)重要。
[0005]理想的線源須具有如下條件:
[0006](I)線源提供的口徑場在寬頻帶上相位分布同相，幅度具有適當?shù)腻F削分布，以滿足孔徑效率和副瓣電平的要求；
[0007](2)在寬頻帶上阻抗匹配性能良好；
[0008](3)結(jié)構(gòu)緊湊，且易于加工，成本較低。
[0009]能產(chǎn)生理想的幅度錐削分布和嚴格等相位輸出的線源在實際工程中難以實現(xiàn)。現(xiàn)有可工程實現(xiàn)的平板波導CTS天線饋電線源包括離散線源和連續(xù)線源兩類。其中離散線源是利用一系列離散分布的激勵源所產(chǎn)生的輻射場的疊加，在輸出口面構(gòu)造出所需的準等相位場分布來形成線源。如波導口徑陣列，即利用等間距依次排列的波導口徑陣列輻射疊加形成線源。這種線源結(jié)構(gòu)需要加入寬帶功分器，不僅其結(jié)構(gòu)尺寸大，插入損耗變大，而且增大了寬帶設(shè)計的難度和成本。連續(xù)線源是利用某一激勵源結(jié)合輔助結(jié)構(gòu)在輸出口面產(chǎn)生連續(xù)不間斷的準等相位空間場來形成饋電線源。如由H面喇叭結(jié)合拋物柱面或凸介質(zhì)透鏡構(gòu)成的饋電線源，通過拋物柱面或凸介質(zhì)透鏡，將H面喇叭產(chǎn)生的柱面波變換為平面波并輸出。但存在的缺陷是，采用拋物柱面需要較大的空間，不利于線源的小型化設(shè)計，且拋物柱面的加工和裝配要求也較高；采用凸介質(zhì)透鏡雖然可以使線源整體尺寸較小，且能夠滿足幾何光學要求，但在電磁波經(jīng)過空氣和凸介質(zhì)透鏡分界面時產(chǎn)生的反射比較嚴重，造成頻帶阻抗匹配差，且凸透鏡的曲面加工要求較高，裝配中也要求將透鏡焦點與喇叭的相位中心嚴格對準，這都給該類透鏡實際使用帶來很大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于平面介質(zhì)透鏡的平板波導CTS天線寬頻帶饋電線源，用于解決現(xiàn)有平板波導CTS天線饋電線源無法同時實現(xiàn)小型化、寬頻帶和良好匹配及加工裝配難度大的問題。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0012]基于平面介質(zhì)透鏡的平板波導CTS天線寬頻帶饋電線源，包括喇叭、透鏡和波導，所述喇叭采用H面喇叭1，透鏡采用平面介質(zhì)透鏡2，波導采用平板波導3 ;H面喇叭I的輸出端口與平板波導3相連，在平板波導3內(nèi)設(shè)置有平面介質(zhì)透鏡2 ;所述平面介質(zhì)透鏡2由中間層21和對稱于該中間層21的兩個匹配層22構(gòu)成，每個匹配層包括多個匹配子層，其中中間層21和多個匹配子層均采用由多個條帶形成的直線陣列結(jié)構(gòu)，中間層21和每個匹配層采用的多個條帶的介電常數(shù)不同；且各層從條帶直線陣列中間向兩端延伸，其條帶介電常數(shù)逐步降低，用于在寬頻帶上各個頻點調(diào)整電磁波穿過各個條帶時的相位延遲，從而形成等相位輸出。
[0013]上述基于平面介質(zhì)透鏡的平板波導CTS天線寬頻帶饋電線源，所述中間層21和多個匹配子層條帶直線陣列，其相同列上的條帶自中間層21向其兩側(cè)的多個匹配子層延伸，其介電常數(shù)依次降低，用于在寬頻帶上將電磁波經(jīng)過透鏡時因阻抗失配形成的反射控制在較小范圍。
[0014]上述基于平面介質(zhì)透鏡的平板波導CTS天線寬頻帶饋電線源，所述對稱于中間層21任意兩個匹配子層條帶直線陣列，相同列上條帶的介電常數(shù)相等。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:
[0016]1、本發(fā)明的平面介質(zhì)透鏡由于中間層和多個匹配子層均采用由多個條帶形成的直線陣列結(jié)構(gòu)，中間層和每個匹配層采用的多個條帶的介電常數(shù)不同；且各層從條帶直線陣列中間向兩端延伸，其條帶介電常數(shù)逐步降低，當電磁波穿過各個介質(zhì)條帶時，不同的相位延遲可以對波前相位進行大范圍調(diào)整，實現(xiàn)了柱面波到平面波的轉(zhuǎn)換；此結(jié)構(gòu)的平面介質(zhì)透鏡更適用于大張角喇叭的波前轉(zhuǎn)換，有利用產(chǎn)生適當?shù)姆儒F削分布，在相同的口面尺寸要求下，大張角喇叭的長度較短，與現(xiàn)有的需要較大空間的拋物柱面相比，具有整體尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。
[0017]2、本發(fā)明的平面介質(zhì)透鏡由于采用了由中間層和多個匹配子層條帶陣列構(gòu)成，其相同列上的條帶自中間層向其兩側(cè)的多個匹配子層延伸，其介電常數(shù)依次降低，在優(yōu)化過程中同步考慮包含匹配層在內(nèi)的透鏡在寬頻帶上的相位延遲和反射率，與現(xiàn)有技術(shù)中的凸介質(zhì)透鏡相比，本發(fā)明同步實現(xiàn)了寬頻帶上的相位延遲控制和寬帶匹配，實現(xiàn)了寬帶設(shè)計和良好的阻抗匹配。
[0018]3、本發(fā)明由于將柱面波轉(zhuǎn)換為平面波采用的是平面介質(zhì)透鏡，與現(xiàn)有技術(shù)采用的曲面介質(zhì)透鏡相比，顯著降低了加工和裝配難度。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實施例的平面介質(zhì)透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實施例的平面介質(zhì)透鏡各層及每層條帶的相對介電常數(shù)分布圖；
[0022]圖4是本發(fā)明實施例的電場分布仿真結(jié)果圖；
[0023]圖5是本發(fā)明實施例的線源輸入端口電壓駐波比(VSWR)仿真曲線圖；
[0024]圖6是本發(fā)明實施例的線源輸出端口在不同頻率時的相位曲線圖；
[0025]圖7是本發(fā)明實施例的線源輸出端口在不同頻率時的幅度曲線圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。<