一种顶层加载的双极化阵列天线极化隔离装置

技术领域

本发明属于雷达天线领域。

背景技术

目前在相控阵雷达领域，相控阵雷达天线系统面临多功能一体化的发展趋势，对极化的需求更加全面，因此越来越多的需要双极化阵列天线。同时时间和频域资源越加紧张。因此雷达天线系统需要尽可能的避免天线的自干扰问题，统筹多种雷达功能，最大化的利用时间和频域资源。天线极化端口隔离度是衡量和评估平台内天线布局是否合理、系统是否能够实现兼容性工作的重要依据，是兼容性预测、分析的理论基础。同时，双极化阵列天线在一种极化发射时，另一个极化的通道需要避免串扰过来的能量对器件产生破坏。从天线互相干扰的频段来说，有同频率干扰，靠近频率干扰乃至谐波频率干扰等问题；从天线的工作模式来说，有同时发射干扰，收发之间干扰等干扰类型；从天线耦合的数目上来看，有两个天线之间的耦合，有整个天线阵列多个阵元之间的耦合还有若干阵列之间的耦合。因此提高双极化阵列天线不同极化端口间的隔离度可以有效避免同频和异频的雷达阵列自干扰问题，同时在一种极化单元发射时有效的保护另一个极化通道内的器件。但是相控阵雷达天线阵列布局较为紧凑，单元间的初始耦合度较高，在有限的空间内如何提高单元间隔离度，并且不影响阵列天线的原始工作是一个较为困难的问题。

发明内容

针对双极化阵列天线平台中不同极化单元天线端口间的隔离度提高问题，本发明设计一种顶层加载的双极化阵列天线极化隔离装置，能够提高双极化阵列天线不同极化单元天线端口隔离度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种顶层加载的双极化阵列天线极化隔离装置，装置的主体结构1为平板结构，固定于阵列天线反射板2上；主体结构1底部设置翻边槽3；主体结构1顶部通过刻蚀或者粘贴方式加载金属丝组4和导流金属片5结构；通过金属柱体6结构联通导流金属片5和天线反射板2。

进一步的，主体结构1为平板结构，采用Teflon材料制成，主体结构1位于天线顶部，和天线直接接触，主体结构1尺寸和天线阵列相同，厚度为中心频点波长的二十分之一。

进一步的，翻边槽3位于主体结构1底部，装置安装时天线单元嵌入翻边槽3内，翻边槽3槽缝尺寸和天线长度厚度相同，翻边槽3深度最多可延伸至反射板位置。

进一步的，金属丝组4通过刻蚀或者粘贴的方式加载于主体结构1顶部，金属丝组4位于天线单元在主体结构1顶部的投影区域内中间位置；金属丝组4由长度不同且均小于天线长度的金属细丝或者金属窄条构成，一组金属丝组3包含8到12个金属细丝或者金属窄条；金属丝组4长度方向和对应的天线单元极化方向一致；金属丝组4整体呈现周期性排列，和阵列天线单元网格对应。

进一步的，导流金属片5通过刻蚀或者粘贴的方式加载于主体结构1顶部，导流金属片5位于两个不同极化的天线单元中间位置；每个导流金属片5由一个正方形金属片和两个T型金属片构成，正方形金属片位于中间，T型金属片位于两侧，其中T型金属片的窄边连接正方形金属片，宽边指向天线单元方向并和对应天线单元的极化方向一致；导流金属片5整体呈现周期性排列，和阵列天线单元网格对应。

进一步的，金属柱体6为金属材料制成的圆柱体结构，金属柱体6顶部位于导流金属片5结构中的正方形金属片中间位置；金属柱体6底部连接天线反射板2。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明的提高双极化阵列天线不同单元天线端口间隔离度的装置具有较强的适用性，适用于各种阵列平台的单元天线；

2.本发明的提高双极化阵列天线不同单元天线端口间隔离度的装置在频率上具有宽带特性，可实现70％相对带宽以上的隔离度稳定提升效果。

附图说明

图1为本发明双极化阵列天线加载装置的示意图；

图2为双极化阵列天线单元加载本发明装置的示意图；

图3为双极化阵列天线未加载本发明装置时的极化端口隔离度；

图4为双极化阵列天线加载本发明装置后的极化端口隔离度；

附图说明：1，主体结构；2，天线反射板；3，翻边槽；4，金属丝组；5，导流金属片；6，金属柱体；7，双极化阵列天线单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例，对本发明作进一步详细说明。

以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例设置频段在S～C频段，相对带宽保持70％以上。

参照图1和图2，本实施例中的一种提高双极化阵列天线不同极化单元端口隔离度的装置。实施例中的仿真条件为双极化阵列天线的单元在周期边界下。天线形式采用常见的金属槽天线，尺寸为32mm*26mm*2.8mm，工作带宽大于70％。

主体结构尺寸和单元栅格一致，厚度为2mm(不包含翻边槽(3))；翻边槽(3)尺寸和天线单元一致为26mm*2.8mm，翻边槽(3)深度为2mm；金属丝组(4)有两组，分别位于两个极化单元的顶部，金属丝组(4)由8根金属窄条构成，长度从最短4.6mm至最长14.95mm；导流金属片(5)位于中间位置，其中正方形金属片边长3mm，T型金属片长边为2.5mm*0.5mm，短边为1.75mm*0.5mm；金属柱体(6)直径1mm，连接导流金属片(5)和天线反射板(2)。

1、仿真条件和内容

利用商业仿真软件对实施案例中的天线罩和天线进行仿真。

2、仿真结果分析

参照图3，未加载装置情况下，双极化阵列天线在法向扫描波位下的隔离度为-30dB～-45dB；双极化阵列天线在方位和俯仰轴向扫描波位下的隔离度为-23dB～-33dB；双极化阵列天线在对角面方位30°俯仰30°扫描波位下的隔离度最差为-15dB；双极化阵列天线在对角面方位45°俯仰45°扫描波位下的隔离度最差为-9dB。

参照图4，加载本发明装置后，双极化阵列天线在法向扫描波位下的隔离度为-60dB以下；双极化阵列天线在方位和俯仰轴向扫描波位下的隔离度为-45dB～-55dB；双极化阵列天线在对角面方位30°俯仰30°扫描波位下的隔离度最差为-20dB；双极化阵列天线在对角面方位45°俯仰45°扫描波位下的隔离度最差为-13dB。

仿真结果表面双极化阵列天线在加载本发明装置后的不同极化单元端口间的隔离度得到了明显的提升。

此外，本实施例的装置具有轻小型特性，便于大多数阵列天线的安装。