CN101888019A - 有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列，包括微带贴片单元[1]、吸收负载[2]、慢波结构[3]，该频率扫描天线阵列分为若干子阵[6]，在子阵上设置馈电的同轴线[4]，该同轴线的一端接慢波结构[3]，另一端接功分器[5]。慢波结构[3]包括混合使用的一分三的功分器[8]和耦合线型功分器[9]。微带贴片单元[1]为口径耦合微带天线单元。本发明采用微带天线，具有结构简单、重量轻的优点；采用同轴线与微带线混用的慢波结构，能在有限带宽内实现宽角度的扫描同时损耗比传统的频率扫描微带天线损耗低30％以上；三路功分器和耦合线型功分器混用，具有方便实现天线阵列幅度分布的优点。

Description

有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列

技术领域

本发明涉及一种扫描天线阵列，特别是一种有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列。

背景技术

电扫描天线克服了传统机械扫描中扫描速度慢的缺点，目前已在雷达、通信等方面有着广泛的应用。而频率扫描天线作为电扫描天线的一种，因其结构简单、可靠性高，实现成本低而受到关注。在已使用的频率扫描阵列中，用得比较多的是矩形波导窄边裂缝行波阵天线。但是它们的体积大、重量重限制了它们的应用范围。七十年代末开始陆续有人提出了具有波束扫描能力的频率扫描微带天线阵列，其中主要分为两大类，一类是利用漏波模式进行扫描；另一类是利用慢波线来进行扫描。前者利用漏波模式进行扫描，效率高，结构简单，但是最大的扫描角度受到限制，无法实现宽角度扫描。而在慢波线频率扫描阵列设计中，带宽，扫描角和损耗三者是一个互相制约的关系。带宽越窄，要实现宽角度的扫描，则所使用的慢波线就要长，而相应的损耗就会增加。而传统的微带慢波线由于存在着介质损耗、金属损耗和辐射损耗，所以消耗在微带慢波线上的能量是巨大的。而如果不采用微带慢波线则有着结构复杂和体积大等缺点，例如波导慢波线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能在有限的带宽内实现宽角度扫描并且低损耗低成本的频率扫描微带天线阵列。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列，包括微带贴片单元、吸收负载、慢波结构，该频率扫描天线阵列分为若干子阵，在子阵上设置馈电的同轴线，该同轴线的一端接慢波结构，另一端接功分器。慢波结构包括混合使用的一分三的功分器和耦合线型功分器。

本发明的工作原理为：慢波线结构提供给各微带单元所需要的幅度和相位。上述的慢波结构设计中采用微带线和同轴线混用的结构。既保持了微带线结构简单，剖面低的优点，又由于同轴线的混用而使得整个慢波结构的损耗大大的减小。具体实现的方法是将频扫微带天线阵列分为几个子阵，每个子阵分别用同轴线馈电，同时每个阵列所对应的同轴线的长度不同，从而实现整个微带阵列相位的连续。由于同轴线的损耗要比微带线的损耗小得多，所以这样整个阵列的损耗可以减小。又由于同轴线中传输的是TEM波，而微带线中传输的是准TEM波，所以这样也能较好的保证在各个频点上相位的连续。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)采用微带天线，具有结构简单、重量轻的优点；2)采用同轴线与微带线混用的慢波结构，能在有限带宽内实现宽角度的扫描同时损耗比传统的频率扫描微带天线损耗低30％以上；3)三路功分器和耦合线型功分器混用，具有方便实现天线阵列幅度分布的优点。

附图说明

图1为本发明的有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列的原理图。

图2为本发明的有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列中慢波结构示意图。

图3为本发明的有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列中三路功分器的结构图。

图4为本发明的有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列中耦合线型功分器结构图。

图5为本发明的有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列中微带贴片俯视图。

图6为本发明的有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列中微带贴片侧视图。

图7为本发明的有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列中2×32天线阵列的仿真方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明的一种有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列，包括微带贴片单元1、吸收负载2、慢波结构3，该频率扫描天线阵列分为若干子阵6，在子阵上设置馈电的同轴线4，该同轴线的一端接慢波结构3，另一端接功分器5。

结合图2，本发明的频率扫描天线阵列的慢波结构3包括混合使用的一分三的功分器8和耦合线型功分器9，三路的功分器用来实现强能量的耦合，而耦合线型功分器则是用来实现弱能量的耦合，两者的混合使用可以方便实现天线阵列上的幅度分布要求。

结合图3，三路功分器有一个输入口10和三个输出口11、12、13，三路功分器输入口10起接收能量功能，三路功分器第一输出口11连接下一级功分器的输入口或吸收负载7，三路功分器第二输出口12、三路功分器第三输出口13为微带贴片单元提供能量。

结合图4，耦合线型功分器有一个输入口14和三个输出口15、16、17，耦合线型功分器输入口14接收能量功能，耦合线型功分器第一输出口15连接下一级功分器的输入口或吸收负载7，耦合线型功分器第二输出口16和耦合线型功分器第三输出口17为微带贴片单元提供能量。

结合图5-6，本发明的微带贴片单元1采用口径耦合微带天线单元，该单元包括微带贴片18、地板上的缝隙19，微带馈线20，介质板21，空气层22，口径耦合微带天线单元具有带宽宽，同时可以隔离馈电网络的寄生辐射等优点。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例1：

所用的频率范围为8.5-10.5GHz，扫描角度为±45°，所用的介质板的介电常数为2.2，厚度为1mm，损耗角为0.0009。

所述的天线阵列结构是由128个微带天线单元组成的，阵列为32×2的排列。每8×2个单元组成一个子阵，共四个子阵。阵列中相邻微带天线单元的行间距、列间距均相等为0.52个空间波长。根据带宽和扫描角度计算后得每个微带单元相柜的慢波线的长度为四个波长。根据实测结果得到这种介质上每波长微带线的损耗为0.12dB。如果是这样的损耗数值，则32个单元的阵列在慢波线上损耗掉的数值就有14.88dB，这个数值是非常惊人的，也是在实际设计中不能接受的。而在同样的频率下，同轴线的实测的损耗为每波长0.02dB。这样通过同轴线连接四个子阵，提供给子阵所需要的相位。通过这样的布局，可以使得在慢波线上损耗由14.88dB减小到3.5dB。

结合图7，32×2结构的微带天线阵列的仿真方向图，从仿真结果来看，扫描角和增益都达到了满意的水平。

实施例2：

所用的频率范围为8.5-10.5GHz，扫描角度为±45°，所用的介质板的介电常数为2.2，厚度为1mm，损耗角为0.0009。

所述的天线阵列结构是由256个微带天线单元组成的，阵列为64×2的排列。每8×2个单元组成一个子阵，共8个阵列。阵列中相邻微带天线单元的行间距、列间距均相等为0.52个空间波长。根据带宽和扫描角度计算后得每个微带单元相柜的慢波线的长度为四个波长。根据实测结果得到这种介质上每波长微带线的损耗为0.12dB。如果是这样的损耗数值，则64个单元的阵列在慢波线上损耗掉的数值就有30.24dB，这个数值是非常惊人的，也是在实际设计中不能接受的。而在同样的频率下，同轴线的实测的损耗为每波长0.02dB。这样通过同轴线连接四个子阵，提供给子阵所需要的相位。通过这样的布局，可以使得在慢波线上损耗由30.24dB减小到5.77dB。

实施例3：

所用的频率范围为8.5-10.5GHz，扫描角度为±45°，所用的介质板的介电常数为2.2，厚度为1mm，损耗角为0.0009。

所述的天线阵列结构是由512个微带天线单元组成的，阵列为128×2的排列。每8×2个单元组成一个子阵，共16个阵列。阵列中相邻微带天线单元的行间距、列间距均相等为0.52个空间波长。根据带宽和扫描角度计算后得每个微带单元相柜的慢波线的长度为四个波长。根据实测结果得到这种介质上每波长微带线的损耗为0.12dB。如果是这样的损耗数值，则128个单元的阵列在慢波线上损耗掉的数值就有60.96dB，这个数值是非常惊人的，也是在实际设计中不能接受的。而在同样的频率下，同轴线的实测的损耗为每波长0.02dB。这样通过同轴线连接四个子阵，提供给子阵所需要的相位。通过这样的布局，可以使得在慢波线上损耗由60.96dB减小到8.80dB。

Claims (3)

1.一种有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列，包括微带贴片单元[1]、吸收负载[2]、慢波结构[3]，其特征在于，该频率扫描天线阵列分为若干子阵[6]，在子阵上设置馈电的同轴线[4]，该同轴线的一端接慢波结构[3]，另一端接功分器[5]。

2.根据权利要求1所述的有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列，其特征在于，慢波结构[3]包括混合使用的一分三的功分器[8]和耦合线型功分器[9]。

3.根据权利要求1或2所述的有限带宽内宽角度扫描的频率扫描天线阵列，其特征在于，微带贴片单元[1]为口径耦合微带天线单元。

Images