專利名稱:外差式毫米波的空間饋電傳輸方法及其焦面陣成像結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于外差式毫米波焦面陣成像的外差式毫米波的空間饋電傳輸方法及其焦面陣成像結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù):
毫米波焦面陣成像系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件是焦面陣結(jié)構(gòu)。焦面陣陣元為天線,用于接收成像透鏡(或反射鏡)聚焦在焦面上的衍射斑,然后再將接收到的電磁信號(hào)傳送到陣元接收機(jī)處。目前已經(jīng)提出多種焦面陣結(jié)構(gòu)。例如,喇叭陣、波紋喇叭陣,集成喇叭陣,集成槽線天線陣,置于擴(kuò)展半球介質(zhì)透鏡背面的集成天線陣、蠅眼陣等。陣元接收機(jī)的工作方式有外差式和直接檢波式。直接檢波式是用檢波管或其它器件直接感應(yīng)天線送來(lái)的信號(hào),然后送到后一級(jí)放大器將信號(hào)放大。直接檢波放大式電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但檢波器的靈敏度低,不易探測(cè)微弱信號(hào)。外差式采用混頻器,混頻器有三個(gè)端口。一個(gè)端口連接天線,一個(gè)端口連接本振,一個(gè)端口用作輸出中頻信號(hào)。工作過(guò)程是,天線輸入的外部信號(hào)與本振輸入的信號(hào)在混頻器內(nèi)混頻,取兩者的差頻信號(hào)即中頻信號(hào)輸出,再經(jīng)放大器放大,然后送到后級(jí)電路。外差式靈敏度高,但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對(duì)于100×100元的面陣,共需1萬(wàn)個(gè)外差式接收機(jī),把本振信號(hào)傳輸?shù)竭@1萬(wàn)個(gè)接收機(jī)處是一件困難的任務(wù)。首先,一萬(wàn)個(gè)接收機(jī)排成面陣,陣元相互緊靠在一起,相鄰陣元接收機(jī)的距離很近,留下的空間很小,傳輸本振信號(hào)的傳輸線在陣中的分布和連接是一件困難的事,而且還要留出安置中頻輸出線路的空間。其次,要把本振信號(hào)傳輸?shù)矫總€(gè)接收機(jī)上需要低損耗的傳輸線,但是在毫米波頻段,傳輸線的損耗通常比較大。因此帶來(lái)一些問(wèn)題,一是要求本振功率大;二是功率傳輸損耗大,功率傳輸損耗大還帶來(lái)部件發(fā)熱散熱的問(wèn)題。比如,如果一個(gè)接收機(jī)需要5毫瓦的本振功率,一萬(wàn)個(gè)就需要50瓦,假設(shè)每路有3分貝的傳輸損耗,則需要100瓦的功率,其中50瓦變成熱需散發(fā)掉。在毫米波頻段,產(chǎn)生幾十瓦的功率本身就是一件困難的事,再有一些功率浪費(fèi)掉,這是系統(tǒng)工作不能允許的。實(shí)際上平均每路的傳輸損耗將超過(guò)3分貝。因此,外差式接收機(jī)的問(wèn)題是本振信號(hào)如何有效低耗地傳輸?shù)浇邮諜C(jī)混頻器上。這樣既能顯著提高接收機(jī)的工作靈敏度,又能有效地利用本振信號(hào)功率,同時(shí)還降低焦面陣結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和加工制作成本和工作成本。
三、技術(shù)方案技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提供一種能夠降低本振功率傳輸損耗的外差式毫米波的空間饋電傳輸方法及其結(jié)構(gòu)緊湊的焦面陣成像結(jié)構(gòu)。
技術(shù)方案1本發(fā)明是一種用于外差式毫米波焦面陣成像的外差式毫米波的空間饋電傳輸方法,目標(biāo)散射的電磁波由成像鏡聚焦到焦面陣上,再經(jīng)焦面陣元天線接收并通過(guò)極化分離器送到陣元接收機(jī)的混頻器;本振信號(hào)照射到焦面陣的另一陣面陣元天線上后被送到陣元接收機(jī)的混頻器,在本振信號(hào)照射到焦面陣前,先經(jīng)等振幅波束輻射器再照射到空間功率分配器上,由功率分配器把本振功率分配成若干個(gè)細(xì)波束后送至陣元天線。
技術(shù)方案2本發(fā)明是一種焦面陣成像結(jié)構(gòu),包括成像鏡和焦面陣,成像鏡位于焦面陣的一側(cè),焦面陣由混頻器及位于混頻器兩側(cè)的本振信號(hào)接收天線陣和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣組成,位于混頻器兩側(cè)本振信號(hào)接收天線陣和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣上的每對(duì)陣元與其間的混頻器相接,在混頻器的兩側(cè)還設(shè)有極化分離器,在上述焦面陣的另一側(cè)設(shè)有空間功率分配器和等振幅波束輻射器。
有益效果①本發(fā)明所述方法的特點(diǎn)在于將本振功率進(jìn)行等振幅波束處理后照射到空間功率分配器上,再由空間功率分配器將其分配成多束細(xì)波束并照射至各自相對(duì)應(yīng)的天線陣陣元上,即本方法是采取空間饋電的方式將本振功率傳輸給焦面陣的內(nèi)設(shè)混頻器,而不是采用有線傳輸?shù)姆椒?,所以,本方法避免了本振信?hào)在傳輸線上的功率損失,降低了本振信號(hào)的功率傳輸損耗。②本發(fā)明所述結(jié)構(gòu),尤其是采用透鏡陣列與介質(zhì)透鏡等振幅波束輻射器和空間功率分配器,將現(xiàn)有技術(shù)中有線傳輸本振信號(hào)改進(jìn)為以無(wú)線方式(即以空間饋電的方式)傳輸本振信號(hào),因此,從結(jié)構(gòu)中省去了焦面陣內(nèi)位于陣元之間的本振信號(hào)傳輸線,從而節(jié)省了焦面陣內(nèi)本已緊張的空間,簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu),同時(shí)也避免了本振信號(hào)在傳輸線上的功率損失,故本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)不僅具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),而且能夠降低本振信號(hào)的功率傳輸損耗。
四
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明內(nèi)置極化分離器實(shí)施例的焦面陣陣元結(jié)構(gòu)示意圖(圖中的A、B為位于混頻器兩側(cè)的內(nèi)置式線柵)。
圖3是本發(fā)明陣元極化分離器的另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明空間功率分配器實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明等振幅波束輻射器主視圖。
圖6是本發(fā)明等振幅波束輻射器的又中心至邊緣的局部的結(jié)構(gòu)放大示意圖。
圖7是本發(fā)明等振幅波束輻射器左視圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例局部(以混頻器為核心)結(jié)構(gòu)示意圖。
五、實(shí)施方案實(shí)施例1一種用于外差式毫米波焦面陣成像的外差式毫米波的空間饋電傳輸方法,目標(biāo)散射的電磁波由成像鏡聚焦到焦面陣上,再經(jīng)焦面陣元天線接收并通過(guò)極化分離器送到陣元接收機(jī)的混頻器;本振信號(hào)照射到焦面陣的另一陣面陣元天線上后被送到陣元接收機(jī)的混頻器,在本振信號(hào)照射到焦面陣前,先經(jīng)等振幅波束輻射器再照射到空間功率分配器上,由功率分配器把本振功率分配成若干個(gè)細(xì)波束后送至陣元天線。
實(shí)施例2一種焦面陣成像結(jié)構(gòu),包括成像鏡4和焦面陣1,成像鏡4既可以是折射透鏡,也可以是衍射透鏡,成像鏡4位于焦面陣的一側(cè),焦面陣1由混頻器11及位于混頻器11兩側(cè)的本振信號(hào)接收天線陣12和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣13組成,位于混頻器11兩側(cè)本振信號(hào)接收天線陣12和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣13上的每對(duì)陣元與其間的混頻器相接,在混頻器11的兩側(cè)還設(shè)有極化分離器5和6,在上述焦面陣的另一側(cè)設(shè)有空間功率分配器2和等幅波束輻射器3,空間功率分配器2為介質(zhì)透鏡陣列21,介質(zhì)透鏡陣列21上的透鏡單元211相對(duì)應(yīng)于天線陣12上的陣元,極化分離器5和6均為陣面極化分離器并采用相互垂直的線柵,且位于焦面陣的兩側(cè),等振幅波束輻射器為介質(zhì)透鏡,在透鏡上有圓形臺(tái)階31,等振幅波束輻射也可以采用饋源照射器。
實(shí)施例3一種焦面陣成像結(jié)構(gòu),包括成像鏡4和焦面陣1,成像鏡4既可以是成像透鏡,成像鏡4位于焦面陣的一側(cè),焦面陣1由混頻器11及位于混頻器11兩側(cè)的本振信號(hào)接收天線陣12和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣13組成,位于混頻器11兩側(cè)本振信號(hào)接收天線陣12和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣13上的每對(duì)陣元與其間的混頻器相接,在混頻器11的兩側(cè)還設(shè)有極化分離器5和6,在上述焦面陣的另一側(cè)設(shè)有空間功率分配器2和等振幅波束輻射器3,空間功率分配器2為介質(zhì)透鏡陣列21,介質(zhì)透鏡陣列21上的透鏡單元211相對(duì)應(yīng)于天線陣12上的陣元,焦面陣上的天線陣均為集成天線陣,極化分離器為耦合縫,用于通過(guò)目標(biāo)散射電磁波的耦合縫8與通過(guò)本振信號(hào)的耦合縫7相垂直,本振信號(hào)通過(guò)本振信號(hào)耦合縫7進(jìn)入混頻器11,目標(biāo)散射電磁波通過(guò)目標(biāo)散射電磁波耦合縫8進(jìn)入混頻器11,在混頻器11上還設(shè)有中頻信號(hào)輸出線114。
實(shí)施例4一種焦面陣成像結(jié)構(gòu),包括成像鏡4和焦面陣1,成像鏡4既可以是折射透鏡,也可以是衍射透鏡,成像鏡4位于焦面陣的一側(cè),焦面陣1由混頻器11及位于混頻器11兩側(cè)的本振信號(hào)接收天線陣12和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣13組成,位于混頻器11兩側(cè)本振信號(hào)接收天線陣12和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣13上的每對(duì)陣元與其間的混頻器相接,在混頻器11的兩側(cè)還設(shè)有極化分離器5和6,在上述焦面陣的另一側(cè)設(shè)有空間功率分配器2和等幅波束輻射器3,空間功率分配器2為介質(zhì)透鏡陣列21,介質(zhì)透鏡陣列21上的透鏡單元211相對(duì)應(yīng)于天線陣12上的陣元,本振信號(hào)接收天線陣12和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣13均為喇叭陣,極化分離器為陣元極化分離器并由置于喇叭陣的喇叭單元內(nèi);陣元極化分離器為外徑小于喇叭口徑的線柵,位于本振信號(hào)接收天線陣12內(nèi)的線柵與位于目標(biāo)散射電磁波接收天線陣13的線柵相垂直。
實(shí)施例5一種焦面陣成像結(jié)構(gòu),包括成像鏡4和焦面陣1,成像鏡4既可以是折射透鏡,也可以是衍射透鏡,成像鏡4位于焦面陣的一側(cè),其特征在于焦面陣1由混頻器11及位于混頻器11兩側(cè)的本振信號(hào)接收天線陣12和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣13組成,位于混頻器11兩側(cè)本振信號(hào)接收天線陣12和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣13上的每對(duì)陣元與其間的混頻器相接,在混頻器11的兩側(cè)還設(shè)有極化分離器5和6,在上述焦面陣的另一側(cè)設(shè)有空間功率分配器2和等幅波束輻射器3,空間功率分配器2為介質(zhì)透鏡陣列21,介質(zhì)透鏡陣列21上的透鏡單元211相對(duì)應(yīng)于天線陣12上的陣元,本振信號(hào)接收天線陣12和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣13均為喇叭陣,極化分離器為陣元極化分離器并由置于喇叭陣的喇叭單元內(nèi);陣元極化分離器采用耦合縫,位于本振信號(hào)接收天線陣12內(nèi)的耦合縫51與位于目標(biāo)散射電磁波接收天線陣13內(nèi)的耦合縫61相垂直,在混頻器11上設(shè)有目標(biāo)散射電磁波輸入線62、混頻器11由混頻管113、輸入線112及輸出線111組成,輸入線112及中頻輸出線111分別連于混頻管113,目標(biāo)散射電磁波由耦合縫61進(jìn)入目標(biāo)散射電磁波輸入線62并通過(guò)耦合器621進(jìn)入混頻器11。
權(quán)利要求
1.一種用于外差式毫米波焦面陣成像的外差式毫米波的空間饋電傳輸方法,目標(biāo)散射的電磁波由成像鏡聚焦到焦面陣上,再經(jīng)焦面陣元天線接收并通過(guò)極化分離器送到陣元接收機(jī)的混頻器;本振信號(hào)照射到焦面陣的另一陣面陣元天線上后被送到陣元接收機(jī)的混頻器,其特征在于在本振信號(hào)照射到焦面陣前,先經(jīng)等振幅波束輻射器再照射到空間功率分配器上,由功率分配器把本振功率分配成若干個(gè)細(xì)波束后送至陣元天線。
2.一種用于實(shí)施權(quán)利要求1的焦面陣成像結(jié)構(gòu),包括成像鏡(4)和焦面陣(1),成像鏡(4)位于焦面陣的一側(cè),其特征在于焦面陣(1)由混頻器(11)及位于混頻器(11)兩側(cè)的本振信號(hào)接收天線陣(12)和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣(13)組成,位于混頻器(11)兩側(cè)本振信號(hào)接收天線陣(12)和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣(13)上的每對(duì)陣元與其間的混頻器相接,在混頻器(11)的兩側(cè)還設(shè)有極化分離器(5和6),在上述焦面陣的另一側(cè)設(shè)有空間功率分配器(2)和等振幅波束輻射器(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焦面陣成像結(jié)構(gòu),其特征在于空間功率分配器(2)為介質(zhì)透鏡陣列(21),介質(zhì)透鏡陣列(21)上的透鏡單元(211)相對(duì)應(yīng)于天線陣(12)上的陣元。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的焦面陣成像結(jié)構(gòu),其特征在于極化分離器(5和6)均為陣面極化分離器并采用相互垂直的線柵,且位于焦面陣的兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的焦面陣成像結(jié)構(gòu),其特征在于極化分離器為耦合縫,用于通過(guò)目標(biāo)散射電磁波的耦合縫(8)與通過(guò)本振信號(hào)的耦合縫(7)相垂直,本振信號(hào)通過(guò)本振信號(hào)耦合縫(7)進(jìn)入混頻器(11),目標(biāo)散射電磁波通過(guò)目標(biāo)散熱電磁波耦合縫(8)進(jìn)入混頻器(11),在混頻器(11)上還設(shè)有中頻信號(hào)輸出線(114)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的焦面陣成像結(jié)構(gòu),其特征在于本振信號(hào)接收天線陣(12)和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣(13)均為喇叭陣,極化分離器為陣元極化分離器并由置于喇叭陣的喇叭單元內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的焦面陣成像結(jié)構(gòu),其特征在于陣元極化分離器為外徑小于喇叭口徑的線柵,位于本振信號(hào)接收天線陣(12)內(nèi)的線柵與位于目標(biāo)散射電磁波接收天線陣(13)的線柵相垂直。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的焦面陣成像結(jié)構(gòu),其特征在于陣元極化分離器采用耦合縫,位于本振信號(hào)接收天線陣(12)內(nèi)的耦合縫(51)與位于目標(biāo)散射電磁波接收天線陣(13)內(nèi)的耦合縫(61)相垂直,在混頻器(11)上設(shè)有目標(biāo)散射電磁波輸入線(62),混頻器(11)由混頻管(113)、輸入線(112)及輸出線(111)組成,輸入線(112)及中頻輸出線(111)分別連于混頻管(113),目標(biāo)散射電磁波由耦合縫(61)進(jìn)入目標(biāo)散射電磁波輸入線(62)并通過(guò)耦合器(621)進(jìn)入混頻器(11)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的焦面陣成像結(jié)構(gòu),其特征在于等振幅波束輻射器為介質(zhì)透鏡,在透鏡上有圓形臺(tái)階。
全文摘要
本發(fā)明是外差式毫米波的空間饋電傳輸方法及焦面陣成像結(jié)構(gòu)。方法目標(biāo)散射電磁波由成像鏡聚焦到焦面陣,經(jīng)焦面陣元天線收并經(jīng)極化分離器送到陣元接收機(jī)混頻器;本振信號(hào)照到另一陣面陣元天線后被送到陣元接收機(jī)混頻器,本振信號(hào)照到焦面陣前經(jīng)等振幅波束輻射器再照到空間功率分配器,由其把本振功率分成細(xì)波束后至陣元天線。結(jié)構(gòu)包括成像鏡和焦面陣,成像鏡在焦面陣一側(cè),焦面陣由混頻器及其兩側(cè)的本振信號(hào)接收天線陣和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣組成,在混頻器兩側(cè)本振信號(hào)接收天線陣和目標(biāo)散射電磁波接收天線陣的每對(duì)陣元與其間的混頻器相接,混頻器兩側(cè)設(shè)極化分離器,焦面陣的另一側(cè)設(shè)空間功率分配器和等振幅波束輻射器。
文檔編號(hào)G01S13/00GK1395338SQ0213807
公開(kāi)日2003年2月5日 申請(qǐng)日期2002年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月6日
發(fā)明者竇文斌, 王宗新, 孫忠良 申請(qǐng)人:東南大學(xué)