频扫天线存在的基本型式有两类,一类为存在频扫线源的抛物柱面天线,另一类为频扫阵列天线。国外自1950年就开始设计雷达系统的频扫天线,英国马可尼公司制造的频扫雷达
天线[9]就属于第一类型式。它的结构为对抛物柱面发射体下偏馈的一根放置水平的频扫线源,在方向为水平位置上波束的扫描角范围为70°,波导线源形状为螺旋的长度为3.8m,波长是10cm,功率的最大值是3MW,天线部分的总重量是400kg;属于第一类型式的还有美国的MPS-23,工作频率是3000MHz,水平与竖直的波束宽度都是2°,天线部分的总重量是15t。属于第一类型式的频扫天线的总重量很大,通常都是在数百公斤之上,适用于车载或者舰载雷达,但是并不适用于便携式小型化的雷达。美国休斯公司的轻便三度雷达,SPS-52[10]以及吉尔菲尔公司的SPS-48频扫天线都属于第二类型式。30156
从二十世纪七八十年代起,频率扫描天线的研究逐步增多。其结构主要有两类:一类是利用慢波线结构来实现波束的扫描;另一类是利用漏波天线来实现波束的扫描。利用漏波天线来实现波束的扫描,天线结构简单,工作效率高,而且有很成熟的理论来分析和设计[11]-[13],但由于其扫描角度有限,不能扫描宽角度,仅适用于对波束的扫描角要求低的系统中。
然而,利用慢波线结构来实现频扫的天线阵列的应用比利用漏波天线的要多,这是因为慢波线结构的频扫阵列不但可以实现宽角度的扫描,还可以实现对称扫描,即可以在正方向上扫描又能够在负方向上扫描,可是漏波天线仅可以在一面方向上进行扫描。该频扫天线的最为关键的地方是慢波线,是实现频扫功能的核心,即频扫天线的基本性能几乎取决于慢波线,因此,对这种频扫天线的设计研究就侧重于设计慢波线,显然,不同结构的慢波线能满足需求不一样的频扫。论文网
早期的频扫天线都基本上和波导有关,例如:波导缝隙频扫天线[14],波导慢波线频扫天线[15]。这些利用波导构成的频率扫描天线的扫描角宽,损耗低,副瓣电平低以及效率高,因此一直被使用至今。可是波导的体积与重量较大,在要求严格的情况下,这种天线并不适用。自二十世纪七十年代开始,微带慢波线频扫天线[16]开始出现,它的慢波线及辐射单元均是微带构成的,在 MHz的频率带宽中完成了 °的扫描,它的副瓣电平都小于-12dB,可是效率低,不足20%。此外,还有利用极子天线当作辐射单元的[17],极子天线的带宽大,增益平坦,因此适用于设计频扫天线阵列,此阵列在工作带宽为1.2GHz里完成了49°的波束扫描,增益的波动小于2dBi。近年来,也有利用介质镜像线来做慢波线的频扫天线[18],其利用口径耦合的形式来给上层微带贴片馈电,能实现大角度的扫描,与此同时,增益在工作频率带宽内波动不明显。此外,在LTCC技术的基础上研究设计慢波线结构也成为了一种趋势。
自二十世纪七十年代末期,我国就开始了对电扫描雷达天线[19]的研究,不过是以研究相控阵天线阵列为主,对于宽角度扫描的频扫天线的研究并不多,直到近年来,对于频扫天线的研究才开始增多。譬如:国内的一些企业已经顺利研制出的波导缝隙频扫天线[14][20],可以满足在一文方向上的大角度扫描,高增益及副瓣电平低的要求。目前研究的关注的是波导频扫天线,侧重在对波导慢波线的改良和优化[21]-[23]上。现阶段针对体积不大,重量不大以及剖面低的易带式频扫天线的研究还不多。
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