一种频率扫描装置

1.本发明涉及频率扫描技术领域，特别是涉及一种频率扫描装置。


背景技术：

2.随着雷达、通信、探测、成像等技术的快速发展，传统机械式天线难以满足要求，所以能够实现快速扫描的电子扫描天线应运而生。频率扫描装置是电子扫描天线的一种。频率扫描装置通过改变频率，变化单元间光程差，促使其相位差变化，实现波束扫描。频率扫描装置馈电简单，体积适中，成本相对较少。
3.如果频率扫描装置口径太大，将导致慢波线过长，不仅影响效率，而且会限制方向图扫描范围。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种新的频率扫描装置。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种频率扫描装置，包括：馈电网络和多个子阵；
7.每一子阵均与所述馈电网络连接；多个所述子阵中，两两子阵间的轴向间隔距离为设定值，且两两子阵间形成相位差。
8.优选地，所述子阵为开设有多个缝隙的非谐振波导天线。
9.优选地，多个所述缝隙距离所述非谐振波导天线的中轴的距离服从泰勒分布。
10.优选地，所述设定值为5λ；其中，λ为扫描波长。
11.优选地，所述子阵的个数为3个。
12.优选地，所述馈电网络包括功分器和多根馈线；
13.所述馈线的个数与所述子阵的个数相同；每一所述子阵均通过所述馈线与所述功分器连接。
14.优选地，每根馈线与其相邻馈线间依次存在预设长度的长度差。
15.优选地，所述预设长度为118mm。
16.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
17.本发明提供的频率扫描装置以多个子阵进行等间距布阵的方式，通过调整子阵间距、激励相移与选择扫描频率间隔，在实现频率扫描功能的同时，减小方向图主波束宽度，提高分辨率，为设计高分辨率频率扫描雷达提供了一种可能。并利用馈电网络对阵列进行幅相加权，进一步降低阵列方向图旁瓣。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获
得其他的附图。
19.图1为本发明提供的频率扫描装置的结构示意图；
20.图2为本发明实施例提供的子阵在14ghz～18ghz的扫描方向图；
21.图3为本发明实施例提供的各子阵轴向间距为5λ时，阵因子、子阵和阵列方向图；
22.图4为本发明实施例提供的各子阵轴向间距为5λ、扫频范围为14ghz～18ghz时，阵列阵因子的扫频方向图；
23.图5为本发明实施例提供的各子阵轴向间距为5λ、扫频范围为14ghz～18ghz以及相邻馈线长度差为118mm时，阵列扫频方向图。
24.符号说明：
25.1-子阵，11-匹配负载，12-波导，13-缝隙，2-馈电网络，21-功分器，22-馈线，3-激励。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.本发明的目的是提供一种频率扫描装置，能够同时兼容频率扫描和窄波瓣，提高频率扫描效率和扫描范围。
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
29.如图1所示，本发明提供的频率扫描装置，包括：馈电网络2和多个子阵1。
30.每一子阵1均与馈电网络2连接。为了压窄方向图主波瓣，子阵1按一定规律等间距排列，子阵1之间的轴向间距远大于一个波长，例如，多个子阵中，两两子阵间的间隔距离为设定值，且两两子阵间形成相位差，以形成错位设置的状态。其中，设定值可以是5λ，λ为行波在空气中的波长。由于子阵轴向尺寸大于子阵间轴向间距，故将子阵在非轴向错开摆放。
31.在本实施例中，子阵1为开设有多个缝隙13的非谐振波导天线(频率扫描天线)，非谐振波导天线的一端馈电，一端接匹配负载11。在实际应用过程中，所开设缝隙13的个数可以是22个。其中，非谐振波导天线采用的波导12为wr-62标准波导。
32.并且，由于频率扫描装置一般工作在行波状态，存在带宽较宽的缺点，为了能够有效的控制副瓣电平，进而使得整个频率扫描装置具有低旁瓣的特点。在本实施例中，多个缝隙13距离非谐振波导天线的中轴的距离服从泰勒分布。其中，当开设的缝隙13个数为22个时，馈电端距第一个缝隙13中点的距离为λg/2，匹配端(接有匹配负载11的一端)距最后一个缝隙13中点的距离为λg/4，相邻两缝隙13的间距d不等于λg/2，λg为波导波长。
33.进一步，在该实施例子中馈电网络2包括功分器21和多根馈线22。
34.馈线22的个数与子阵1的个数相同。每一子阵1均通过馈线22与功分器21连接。每根馈线与其相邻馈线间依次存在预设长度的长度差。例如，预设长度为118mm。馈电网络2通过设计馈源与子阵1之间的馈线22长度不同保证子阵1之间的相位差，使得阵列各频点主波瓣不开裂，旁瓣被抑制。馈电网络2将功率分配到不同子阵，采用幅度加权，进一步降低整体
旁瓣。
35.其中，功分器21用于分配激励3的大小，以通过优化各子阵1接收到的激励的相位与幅度，进一步抑制阵列方向图旁瓣。当采用的子阵1个数为3个时，激励3通过功分器21和馈线22后的幅度比为1:2:1，进而实现采用幅度加权来控制零点位置或者通过缝隙13的间距来调节子阵1方向图零点位置的目的。
36.在采用本实施例提供的频率扫描装置进行频率扫描时，按照选取的若干扫频频点的顺序逐一扫描，其方向图主瓣指向随频点变动，且其半功率波瓣相互交叠。其中，阵列阵因子栅瓣与子阵方向图零点位置相同，二者相乘得到的频率扫描天线整体方向图的旁瓣降低。阵列阵因子零点与子阵方向图主波瓣的半功率波瓣宽度以外部分对应，来降低整体旁瓣。
37.馈电网络2采用幅度加权来控制阵因子旁瓣的幅度，通过缝隙13的间距来调节子阵方向图的零点位置，通过子阵1之间的间距来调节阵因子栅瓣位置。
38.如图2所示为子阵在14ghz至18ghz的扫频方向图。子阵在该频率范围内实现-2
°
至20
°
的扫描。子阵在15ghz时，方向图半功率波瓣宽度为5
°
，-15db带宽为11
°
，副瓣电平为-13db。
39.如图3所示为子阵间距为5λ时，阵列阵因子、子阵、阵列方向图，阵因子栅瓣出现在-90
°
、-53
°
、-40
°
、-23
°
、-12
°
、0
°
、23
°
、40
°
、53
°
和90
°
，均与子阵方向图零点对应，压低了旁瓣。阵因子零点出现在子阵主波瓣两侧7.5
°
至9
°
、14.5
°
至16.5
°
，压低了阵列开裂主波瓣产生的旁瓣即压窄了阵列主波瓣。
40.如图4所示为子阵间距为5λ、扫频范围为14ghz至18ghz时，阵列阵因子扫频方向图。可见在阵因子方向图零点位置，阵列扫频方向图主波瓣不能实现半功率波瓣相互交叠，此处扫描角度辐射效果差。为解决该问题需要对各子阵激励进行移相操作。
41.如图5所示为子阵间距为5λ，扫频范围为14ghz至18ghz，相邻子阵馈线长度差为118mm时的阵列扫频方向图。可见在-1
°
至19
°
扫描角度内，各频率相差为0.1ghz、0.3ghz或0.5ghz的阵列扫频方向图半功率波瓣相互交叠，实现对该频率范围的有效扫描。天线在扫频时，方向图半功率波瓣宽度平均值为3
°
，-15db带宽平均值为6
°
，副瓣电平为-16db。
42.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
43.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。