一种宽带轻质高效SAR天线、天线阵面及收发方法与流程

本发明涉及天线，尤其涉及一种宽带轻质高效sar天线、天线阵面及收发方法。

背景技术：

1、在星载合成孔径雷达(sar)技术中，天线扮演着至关重要的角色，它是高频电流和电磁波之间的转换装置。天线不仅能将信号能量从发射机辐射到外部空间，还能从自由空间中捕获并接收有用信号，将其传送到接收装置。因此，天线的性能对系统的灵敏度、方位分辨率、信噪比以及测绘带宽等核心指标有着直接且显著的影响。设计满足特定性能指标的天线系统，一直是星载合成孔径雷达研发的重要任务，该技术的持续探索对于推动高性能sar天线的发展具有深远意义。

2、目前，已成功研制的sar系统中，微带天线和喇叭天线是两种广泛使用的天线形式。微带天线因其低剖面、体积小、重量轻、成本低廉、加工简便以及易于实现平面集成等特点而受到青睐。然而，这种天线形式的带宽相对较窄，并且在功率容量和效率方面存在不足。另一方面，喇叭天线在效率上表现更佳，且具备较宽的工作带宽和紧凑的体积。但遗憾的是，由于其固有的结构特性，喇叭天线的厚度较大，这在星载应用中造成了安装上的困难。因此，在星载合成孔径雷达天线技术中，仍存在诸多挑战和待优化的空间。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种宽带轻质高效sar天线、天线阵面及收发方法，其解决了现有sar系统中存在微带天线带宽窄，功率容量和效率低，以及喇叭天线厚度大和安装困难的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、第一方面，本发明实施例提供一种宽带轻质高效sar天线，包括：

6、辐射波导，通过在单脊波导开设对称偏置缝隙而形成，用于通过开设的对称偏置缝隙向空间辐射来自耦合波导的电磁波，或者接收空间电磁波并传输至耦合波导；

7、耦合波导，通过在单脊波导开设工形耦合缝隙而形成，用于通过开设的工形耦合缝隙将来自同轴波导变换转换的电磁波双向耦合至两个辐射波导，或者接收来自辐射波导的空间电磁波并传输至同轴波导变换；

8、同轴波导变换，通过引入单脊波导和连接于单脊波导的金属圆柱而形成，用于将接收的电磁波从电磁波传播模式向矩形波导模式转换并传输至耦合波导，或者接收来自耦合波导的矩形波导模式的电磁波并转换为电磁波传播模式进行输出。

9、可选地，对称偏置缝隙中心间距为二分之一导内波长，对称偏置缝隙的中心距离波导端面为四分之一导内波长。

10、可选地，耦合波导和辐射波导中的单脊波导尺寸一致。

11、可选地，同轴波导变换包括：

12、单脊波导，用于引导电磁波的传播；

13、金属圆柱，连接于单脊波导，且被置于单脊波导的中间；

14、探针，探针的一端连接于金属圆柱，另一端插入单脊波导的宽边中进行激励，以在同轴波导变换的单脊波导中激励起电磁波，实现电磁波从电磁波传播模式向矩形波导模式的转换。

15、可选地，耦合波导的一侧面的宽边上开设有供金属圆柱安装的圆孔，且耦合单脊波导内置一供预设的连接器内导体连接的圆柱接头。

16、第二方面，本发明实施例提供一种天线阵面，包括：

17、安装面板；

18、至少一个如上所述的sar天线，设置在安装面板上，相邻的sar天线之间设置有结构加强件；

19、至少一个收发组件，设置在安装面板上，连接于sar天线。

20、可选地，收发组件通过有限擒纵毛纽扣插入连接sar天线。

21、第三方面，本发明实施例提供一种基于宽带轻质高效sar天线的收发方法，应用于如上所述的sar天线，包括：

22、接收来自同轴波导变换的由电磁波传播模式的电磁波变换而成的矩形波导模式的电磁波；

23、通过开设的工形耦合缝隙将矩形波导模式的电磁波分割为两个信号，并将分割后的信号双向耦合至两个辐射波导，以使辐射波导通过开设的对称偏置缝隙向空间辐射来自耦合波导的电磁波；

24、接收由辐射波导获取的空间电磁波并传输至同轴波导变换，以使同轴波导变换将矩形波导模式的电磁波转换为电磁波传播模式进行输出。

25、可选地，通过开设的工形耦合缝隙将矩形波导模式的电磁波分割为两个信号，并将分割后的信号双向耦合至两个辐射波导包括：

26、通过开设的工形耦合缝隙将接收到的矩形波导模式的电磁波均匀分割为两个相同的信号；

27、通过开设的工形耦合缝隙的两个耦合口将分割后的两个相同的信号双向耦合到两个辐射波导的馈电点，以确保两个辐射波导获得同幅度的馈电，从而形成一个新的子阵；

28、调整馈电点位置，以确保新形成的子阵中两个sar天线的馈电相位差在设定范围内。

29、可选地，设定范围为：

30、n*pi/2；

31、其中，pi为圆周率，n＝0、1、2......。

32、(三)有益效果

33、本发明的有益效果是：

34、首先，本发明通过在单脊波导开设对称偏置缝隙，形成了辐射波导。这种设计使得辐射波导能够有效地向空间辐射来自耦合波导的电磁波，同时也能接收来自空间的电磁波并将其传输至耦合波导。对称偏置缝隙的设计不仅保证了辐射效率，还确保了天线具有较低的剖面和较轻的重量，这对于星载应用尤为重要。此外，由于辐射波导的紧凑结构，它还具备较宽的频带，能够适应不同频率的电磁波。

35、其次，本发明通过在单脊波导开设工形耦合缝隙，形成了耦合波导。工形缝隙的设计使得耦合波导能够有效地将来自同轴波导变换的转换模式的电磁波双向耦合至两个辐射波导，同时也能接收来自辐射波导的空间电磁波并传输至同轴波导变换。与传统的矩形耦合直缝隙或斜缝隙相比，工形缝隙具有更小的尺寸和更宽的频带，从而提高了天线的整体性能。此外，耦合波导的设计还避免了额外的功分网络，进一步简化了天线结构，降低了成本。

36、再者，通过引入单脊波导和连接于单脊波导的金属圆柱，形成了同轴波导变换。这种设计实现了电磁波从同轴线tem模式向波导te10模式的转换，并实现了较低的反射系数。与传统的探针激励方式相比，将探针顶端连接圆柱形金属块并和脊波导直接相连的设计有效地改善了同轴波导的阻抗匹配，进一步降低了反射系数。此外，这种连接方式还具有频带宽、输出功率大以及功率容量高的优点，使得天线在复杂的工作环境中也能保持稳定的性能。

37、由此，本发明提供的天线通过辐射波导、耦合波导和同轴波导变换这三个关键组件的协同作用，实现了较低的天线剖面、较轻的重量、较宽的频带、较高的辐射效率以及便于星载安装的特点。这些有益效果共同构成了该天线的核心竞争力，为卫星平台提供了一种轻小高效且便于安装的星载sar天线解决方案。

技术特征：

1.一种宽带轻质高效sar天线，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的宽带轻质高效sar天线，其特征在于，对称偏置缝隙中心间距为二分之一导内波长，对称偏置缝隙的中心距离波导端面为四分之一导内波长。

3.如权利要求1所述的宽带轻质高效sar天线，其特征在于，耦合波导和辐射波导中的单脊波导尺寸一致。

4.如权利要求1-3任一项所述的宽带轻质高效sar天线，其特征在于，同轴波导变换包括：

5.如权利要求4所述的宽带轻质高效sar天线，其特征在于，耦合波导的一侧面的宽边上开设有供金属圆柱安装的圆孔，且耦合单脊波导内置一供预设的连接器内导体连接的圆柱接头。

6.一种天线阵面，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的天线阵面，其特征在于，收发组件通过有限擒纵毛纽扣插入连接sar天线。

8.一种基于宽带轻质高效sar天线的收发方法，应用于如权利要求1-5任一项所述的sar天线，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的基于宽带轻质高效sar天线的收发方法，其特征在于，通过开设的工形耦合缝隙将矩形波导模式的电磁波分割为两个信号，并将分割后的信号双向耦合至两个辐射波导包括：

10.如权利要求9所述的基于宽带轻质高效sar天线的收发方法，其特征在于，设定范围为：

技术总结本发明涉及一种宽带轻质高效SAR天线、天线阵面及收发方法，其中，SAR天线包括：辐射波导，通过在单脊波导开设对称偏置缝隙而形成，用于向空间辐射来自耦合波导的电磁波，或者接收空间电磁波并传输至耦合波导；耦合波导，通过在单脊波导开设工形耦合缝隙而形成，用于将来自同轴波导变换转换的电磁波双向耦合至两个辐射波导，或者接收来自辐射波导的空间电磁波并传输至同轴波导变换；同轴波导变换，通过引入单脊波导和金属圆柱而形成，用于将电磁波转换并传输至耦合波导，或者接收来自耦合波导的电磁波并经转换后输出。本发明提供的天线，实现了较低的天线剖面、较轻的重量、较宽的频带、较高的辐射效率以及便于星载安装的特点。技术研发人员：骆绪涛,杨听广,邵和江,李智慧,赵志鹏,王明月,刘伟受保护的技术使用者：蓝点天图（北京）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29