CN102394379A

CN102394379A - 双波段共孔径平板阵列天线

Info

Publication number: CN102394379A
Application number: CN2011101664241A
Authority: CN
Inventors: 李斌; 赵交成; 刘辉
Original assignee: No206 Institute Of China North Industries Group Corp
Current assignee: No206 Institute Of China North Industries Group Corp
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-03-28

Abstract

一种双波段共孔径平板阵列天线，应用于多波段导引头、智能弹药制导系统。该天线包含单脊波导缝隙阵面，基片集成波导缝隙阵面，单脊波导缝隙阵馈电网络，基片集成波导缝隙阵馈电网络。单脊波导辐射缝隙阵面由多排平行的单脊波导辐射缝隙线阵组成，基片集成波导辐射缝隙阵列由多排平行的基片集成波导辐射缝隙线阵组成，天线阵面被划分为四个象限，馈电网络对四个象限阵面分别单独馈电，从而具有实现单脉冲功能的条件。每个象限有两套馈电网络对单脊波导缝隙阵和基片集成波导缝隙阵分别馈电。单脊波导缝隙阵面工作在X波段，基片集成波导缝隙阵面工作在Ka波段，两种形式的阵列共孔径而又互不影响，解决了天线阵面不共面造成的电磁波遮挡问题。

Description

双波段共孔径平板阵列天线

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及双波段共孔径平板阵列天线，天线阵面上有单脊波导辐射缝隙阵面和基片集成波导辐射缝隙两种单元。主要应用于多波段导引头、智能弹药制导系统。

技术背景

采用双波段相参主动雷达导引头，可以充分发挥各种波段的优点，弥补它们的缺点，使制导系统适应未来复杂战场环境要求，提高反舰导弹的突防能力。

这种类型天线的例子有美国专利NO.6795020B2“双频段共面微带交错阵列天线”，美国专利NO.5023623“一种具有缝隙波导和宽带阵列两种模式的天线”，欧洲专利NO.0825671A2“双频段平板阵列天线”等。其中，美国专利NO.5023623公开的天线可以工作在两种模式，它的波导缝隙阵通过馈电主动地辐射电磁波，而它的宽带天线阵耦合缝隙阵的能量，[这话不通]从而被动地向外辐射电磁波。它的两个阵面正交，体积较大。欧洲专利NO.0825671A2公开了有贴片和缝隙两种单元的双频段平板单脉冲天线，它的贴片阵列附在缝隙阵列上面，对缝隙阵列辐射电磁波有一定的影响。

随着航天技术的发展，给雷达单脉冲天线提出了更新的要求，要求天线制导精度高，反电子侦查、抗干扰能力强，及体积小，从公开的技术内容看，上述的现有技术还不能完全满足要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题：克服上述现有技术之不足，提出一种全新的双频段单脉冲平板阵列天线，解决两个工作频段天线阵面不共孔径造成的电磁波的遮挡问题，使之不仅具有双频段天线的优点，而且能适用于单脉冲天线的设计，同时平板形式具有结构紧凑，机械强度大的优势，实现多种优势互补，又能在工程实践中被大量推广应用。

本发明解决问题的技术方案：双波段共孔径平板阵列天线包含介质基片，单脊波导辐射缝隙阵面，基片集成波导辐射缝隙阵面，多层金属支撑部分，单脊波导缝隙阵馈电网络，基片集成波导缝隙阵馈电网络；单脊波导辐射缝隙阵面由多排平行排列的单脊波导辐射缝隙线阵组成，基片集成波导辐射缝隙阵列由多排平行排列的基片集成波导辐射缝隙线阵组成，单脊波导辐射缝隙线阵与基片集成波导辐射缝隙线阵在天线阵面上组阵结构为：在天线阵面中心的两条单脊波导辐射缝隙线阵之间设置四条基片集成波导辐射缝隙线阵，其它每两条单脊波导辐射缝隙线阵之间设置三条基片集成波导辐射缝隙线阵，两种形式的缝隙互相平行，极化方向相同；天线阵面被划分为四个对称象限，每个象限有单脊波导辐射缝隙阵馈电网络和基片集成波导辐射缝隙阵馈电网络分别对单脊波导辐射缝隙阵面和基片集成波导辐射缝隙阵面馈电，以实现两维单脉冲天线功能，单脊波导缝隙阵面工作在X波段，而基片集成波导缝隙阵面工作在Ka波段，两种形式的阵列共孔径而又在不同的频段独立工作互不影响。

所述单脊波导辐射缝隙线阵的辐射缝隙为波导宽边纵向偏置缝，在单脊波导的辐射阵面的波导下表面，有一根耦合馈电波导与单脊波导辐射缝隙线阵正交，所述耦合馈电波导包含有一个开斜缝的缝隙耦合波导和给缝隙耦合波导馈电的馈电波导，通过中心倾斜缝给单脊波导辐射缝隙线阵耦合馈电。

在各个基片集成波导辐射缝隙阵馈电网络包含一根与阵面垂直的馈电波导，一根与馈电波导垂直相连的缝隙波导和多根给基片集成波导缝隙线阵馈电的缝隙耦合波导，缝隙耦合波导和缝隙波导垂直相连。

所述基片集成波导辐射缝隙线阵的缝隙开在两排金属化通孔之间，为基片集成波导宽边纵向偏置缝，各纵向偏置缝之间间隔为一个基片集成波导波长。

本发明的天线是一种有单脊波导缝隙阵列和基片集成波导缝隙阵列两种形式的新结构双频段单脉冲阵列天线，与现有技术相比，具有如下特点：

1.天线的单脊波导缝隙阵列和基片集成波导缝隙阵列共面，解决天线阵面不共面造成的电磁波的遮挡问题。

2.两个频段的阵列共极化。两个频段的阵列极化方向相同，天线在两个频段进行切换工作时，对目标的跟踪具有延续性。

3.天线阵面采用平板结构，不仅结构紧凑，机械强度大，而且降低了加工难度和成本。

4.基片集成波导是在PCB板上打金属化通孔阵列所构成，这种结构加工容易且成本低廉。

5.由于本发明的天线体积小，重量轻，制导精度高，更适合装在对体积、重量要求高的车载弹载及机载平台上，具有广泛的应用前景。

附图说明

通过下面的结合附图的详细说明可以进一步理解本发明的上述和附加特点以及优点。在图和书面说明中，标号指示本发明的各个部件，在所有附图和整个书面说明中，相同的标号表示相同的部件。

图1表示本发明实施例的双频段单脉冲阵列天线的前向平面图

图2表示本发明实施例天线沿图1中A-A’线剖开的截面图

图3表示本发明实施例天线沿图1中B-B’线剖开的截面图

图4表示本发明实施例剖开脊波导辐射阵面图

图5表示本发明实施例的天线辐射阵面在一个象限的平面细节图

图6表示本发明实施例的天线辐射阵面背面接口结构示意图

具体实施方式

结合上述附图，通过优选实施例对本发明做进一步的说明。

如图1到图5所示，本发明的双频段单脉冲阵列天线的结构包括：介质基片1、单脊波导辐射缝隙阵面2、基片集成波导辐射缝隙阵面3、多层集成金属基片4、单脊波导缝隙阵馈电网络5和基片集成波导缝隙阵馈电网络6。。

天线的单脊波导缝隙阵列和基片集成波导缝隙阵列共孔径，单脊波导缝隙阵列工作在X波段，基片集成波导缝隙阵列工作在Ka波段，实现天线双频段工作。

见图1-6，为实现单脉冲天线的功能，天线阵面被划分为A1、A2、A3、A4四个象限，四个象限各占阵面的90度部分。在天线阵面中间的两条单脊波导辐射缝隙线阵7中添加有四条基片集成波导缝隙线阵11，其它每两条单脊波导辐射缝隙线阵7中添加有三条基片集成波导辐射缝隙线阵11，两种形式的辐射缝隙8和12互相平行，极化方向相同。基片集成波导是在介质基片层1上打金属化通孔构成，介质材料采用Rogers 5880，介质基片厚度为0.508mm。介质基片上还开有与单脊波导辐射缝隙形状一致的金属化缝隙，以对应脊波导缝隙阵列的辐射缝隙。单脊波导采用标注波导加脊形成，可有在较小的缝隙偏移量条件下获得较大的辐射电导值，单脊壁侧厚为1mm，与介质基板相关联的上壁厚为0.5mm，与介质基片的金属化缝隙一起构成X波段辐射缝隙。对于脊波导的辐射阵列的馈电网络和基片集成波导辐射阵列的馈电网络，均采用多层金属集成焊接工艺实现。

见图2，可以看到介质基片层和多层集成金属层的结构，包括的多层集成金属基片4、单脊波导缝隙阵馈电网络5和基片集成波导缝隙阵馈电网络6，X波段阵列接口14、Ka波段接口15。

见图3，可以看到基片集成波导缝隙阵列的馈电网络。一根与阵面垂直的馈电波导61将能量传输给通过耦合缝62，传递给缝隙波导63，其将能量通过中心倾斜缝64分配到各个互相平行的缝隙耦合波导65，缝隙耦合波导和缝隙波导正交。缝隙耦合波导65通过中心倾斜缝66将能量耦合到基片集成波导，缝隙将能量辐射出去。

见图4，可以看到将天线上层的介质基片剖开后单脊波导缝隙阵列的结构示意图。共有4组不同辐射缝隙的子阵7，各子阵中均采用纵向偏移缝隙8，馈电网络5与子阵正交，馈电网络采用中心斜缝方式进行馈电。

见图5，图中展示了在象限A3上天线阵面的细节，其他象限辐射阵面的情况与其类似。单脊波导缝隙阵列2由4行水平的缝隙线阵21、22、23、24构成，每个辐射缝隙的偏移量不大于1.8mm。线阵21有6个缝隙211、212、213、214、215和216。线阵22有4个缝隙221、222、223、224、225。线阵23有4个缝隙231、232、233和234。线阵24有3个缝隙241、242和243。在各个脊波导辐射线阵子阵的中部位置，采用缝隙耦合方式实现馈电。

基片集成波导缝隙阵列3由13行水平缝隙线阵构成，线阵中每个辐射缝隙间距为一个基片集成波导波长，分成8种不同单元子阵31、32、33、34、35、36、37、38，其中线阵31具有纵向辐射缝隙13个，32具有纵向辐射缝隙12个，33具有纵向辐射缝隙11个，34具有纵向辐射缝隙10个，35具有纵向辐射缝隙9个，36具有纵向辐射缝隙8个，37具有纵向辐射缝隙7个，38具有纵向辐射缝隙5个。基片集成波导辐射线阵在子阵的最右端采用底部缝隙耦合方式实现馈电。

见图6，各个象限都有一个尺寸较大的馈电波导口为X波段馈电波导14和一个尺寸较小的馈电波导为Ka波段馈电波导口15。象限A1中，馈电波导141给脊波导缝隙阵列馈电，而馈电波导151给基片集成波导缝隙阵列馈电；象限A2中，馈电波导142给脊波导缝隙阵列馈电，而馈电波导152给基片集成波导缝隙阵列馈电；象限A3中，馈电波导143给脊波导缝隙阵列馈电，而馈电波导153给基片集成波导缝隙阵列馈电；象限A4中，馈电波导144给脊波导缝隙阵列馈电，而馈电波导145给基片集成波导缝隙阵列馈电。四象限的信号可以通过附加和差网络实现单脉冲功能。

本发明的双波段单脉冲共孔径平板阵列天线能同时工作在两个波段，和装备单频段天线的导引头相比有具有抗干扰性能优、搜索视场可变、跟踪更稳定等优点。

本项目所研究的双波段主动雷达导引头工作在厘米波和毫米波波两个波段，这两种工作波段相互取长补短以提高抗干扰能力和制导精度。它的优点主要有：

1.反电子侦查、抗干扰能力强

两个工作波段跨越范围大，导引头可以在两波段间跳变工作，采用低截获概率波形，因此制导信号不易被敌方截获。

2.优势互补

利用厘米波雷达传播损耗小的优势在远距离对目标进行搜索探测，在近距离利用毫米波雷达制导高精度的优势对目标进行精确打击。

3.距离分辨率高

利用不同工作波段雷达测得的目标频率响应进行融合处理，可以获得更高分辨率的目标一维距离像，提高抗干扰能力。

Claims

1.一种双波段共孔径平板阵列天线，包含介质基片(1)，单脊波导辐射缝隙阵面(2)，基片集成波导辐射缝隙阵面(3)，多层金属支撑部分(4)，单脊波导缝隙阵馈电网络(5)，基片集成波导缝隙阵馈电网络(6)；其特征在于：单脊波导辐射缝隙阵面(2)由多排平行排列的单脊波导辐射缝隙线阵(7)组成，基片集成波导辐射缝隙阵列由多排平行排列的基片集成波导辐射缝隙线阵(11)组成，单脊波导辐射缝隙线阵(7)与基片集成波导辐射缝隙线阵(11)在天线阵面上组阵结构为：在天线阵面中心的两条单脊波导辐射缝隙线阵(7)之间设置四条基片集成波导辐射缝隙线阵(11)，其它每两条单脊波导辐射缝隙线阵之间设置三条基片集成波导辐射缝隙线阵，两种形式的缝隙互相平行，极化方向相同；天线阵面被划分为四个对称象限，每个象限有单脊波导辐射缝隙阵馈电网络(5)和基片集成波导辐射缝隙阵馈电网络(6)分别对单脊波导辐射缝隙阵面和基片集成波导辐射缝隙阵面馈电，以实现两维单脉冲天线功能，单脊波导缝隙阵面工作在X波段，而基片集成波导缝隙阵面工作在Ka波段，两种形式的阵列共孔径而又在不同的频段独立工作互不影响。

2.根据权利要求1所述的双频段共孔径平板阵列天线，其特征在于：设置在天线阵面中心的两条单脊波导辐射缝隙线阵(7)之间的四条基片集成波导辐射缝隙线阵间的间距为6mm，其它每两条单脊波导辐射缝隙线阵中添加的三条基片集成波导辐射缝隙线阵间的间距为8mm。

3.根据权利要求1所述的双频段单脉冲平板阵列天线，其特征在于：单脊波导辐射缝隙线阵(7)的辐射缝隙为波导宽边纵向偏置缝(8)，耦合馈电波导(5)在单脊波导辐射阵面下方，并与单脊波导辐射缝隙线阵正交，所述耦合馈电波导包含有一个开斜缝的缝隙耦合波导(13)和给缝隙耦合波导馈电的馈电波导(14)，通过中心倾斜缝(10)给单脊波导辐射缝隙线阵耦合馈电。

4.根据权利要求1所述的双频段单脉冲平板阵列天线，其特征在于：各个基片集成波导辐射缝隙阵馈电网络(6)包含一根与阵面垂直的馈电波导(15)，一根与馈电波导(15)垂直相连的缝隙波导(16)和多根给基片集成波导缝隙线阵馈电的缝隙耦合波导(17)，缝隙耦合波导(17)和缝隙波导(16)垂直相连。

5.根据权利要求1所述的双频段单脉冲平板阵列天线，其特征在于：基片集成波导辐射缝隙线阵(11)的缝隙开在两排金属化通孔之间，为基片集成波导宽边纵向偏置缝(12)，各纵向偏置缝之间间隔为一个基片集成波导波长。

6.根据权利要求1所述的双频段单脉冲平板阵列天线，其特征在于：在介质基片(1)上开设金属化通孔构成基片集成波导，介质材料采用Rogers 5880，介质基片厚度为0.508mm，介质基片上还开有与单脊波导辐射缝隙形状一致的金属化缝隙，与对应单脊波导缝隙阵列的辐射缝隙构成X波段辐射缝隙。