CN102760942A - L、s、c、x四频段共孔径天线模块 - Google Patents

L、s、c、x四频段共孔径天线模块 Download PDF

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高国明
袁洪
陈文俊
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Abstract

本发明涉及一种L、S、C、X四频段共孔径天线模块。特点是：天线模块工作于L、S、C和X四个频段；利用共孔径技术提高天线模块孔径利用效率，使天线模块的孔径与L频段天线孔径相同；天线模块可以方便地扩展为大型阵列。本发明的L、S、C、X四频段共孔径天线模块具有工作频段多、天线模块孔径利用率高、便于扩展为大型天线阵列的特点，它既可独立使用，也可在水平方向模块化扩展成所需天线阵列。

Description

L、S、C、X四频段共孔径天线模块
一 技术领域
本发明涉及一种L、S、C、X四频段共孔径天线模块。具体是：天线模块垂直方向上包括L/S、L/C和L/X三个双波段共孔径子模块，三个子模块组成四频段共孔径天线模块；采用多层平面微带天线构成。本发明L、S、C、X四频段共孔径天线模块既可独立使用，也可在水平方向模块化扩展成所需天线阵列。
二 背景技术
由于新一代舰船功能需求的不断提高，舰载雷达数目也不断增加，这使得在舰桥和船桅上安装了各种功能的天线设备，有的甚至多达一百多部。密集的天线和电子装备导致舰船上层建筑空间十分紧张，布局和安装非常困难；同时也显著增大了红外辐射和被敌方雷达探测的概率。为了达到多部雷达高度集成的效果，可以将多个雷达天线共用同一孔径。共孔径多波段雷达天线系统既可以满足舰船雷达多个工作波段的要求，又可以节约空间资源，更适应新的舰船集成环境。
国内外已经对多频段共孔径天线开展了广泛研究并设计出多种形式的共孔径天线形式，如美国马萨诸塞州立大学的Pozar和加拿大Manitoba大学的Shafai都运用了在工作于低频段的方形贴片上开孔的方法，将工作于高频段的方形贴片天线置于低频段开孔处下方，分别构成了L/C、L/X频段的共孔径双频双极化微带阵列。加拿大蒙特利尔航空公司的Pokuls提出了微带贴片天线和印刷缝隙天线交错放置形成的一个C/X频段共孔径双频双极化微带阵列。上海大学钟顺时教授研究组于2008年对上述双波段双极化天线阵的设计技术进行了综述(钟顺时，合成孔径雷达的双波段双极化共孔径天线阵技术，现代雷达，2009，31(11)：1-5)，并研究出S/X双波段双极化微带振子/叠层贴片天线阵(专利申请号：201010275934.8)和L/S/X三波段双极化平面天线阵(专利申请号：201010275940.3)。安徽大学和华东电子工程研究所于2010年联合研制出了可一维扫描的双波段共孔径天线阵列馈源(Gao G.M.，Y.M.Zhang Y.M.，LiAng，Zhao J.M.，Cheng H.Shared-aperture Ku/Ka bands microstrip array feeds forparabolic cylindrical reflector，2010 International Conference on Microwave andMillimeter Wave Technology(ICMMT2010)，Chengdu，China，2010：1028-1030)。
三 发明内容
本发明的目的在于：提供一种L、S、C、X四频段共孔径天线模块。该天线单元工作于L、S、C、X四个频段，采用共孔径技术设计，在水平方向可以模块化扩展组成所需阵列。
为了设计一种L、S、C、X四频段共孔径天线模块，本发明的具体设计方案如下：
1、选用微带缝隙作为L波段天线单元，选用微带贴片作为S(C、X)波段天线单元；
A、L波段天线共有三层：辐射缝隙位于上层，馈线网络位于辐射缝隙下方，中间用Rogers5880介质支撑；在缝隙背面四分之一波长处为金属反射板，起到抑制背向辐射和安装天线的作用；馈线网络和金属反射板之间用泡沫填充；
B、S频段天线、C频段天线和X频段天线均为微带贴片形式，采用偏置馈电方式降低贴片边缘输入阻抗；
2、对垂直向的三个单元采用并联方式馈电，降低馈电复杂度；
3、采用共孔径技术将S、C、X三个频段的天线单元交错放置在L频段天线单元周围；
4、L、S、C和X频段天线的阵元间距与其中心频点波长的比值分别为：0.47、0.54、0.49、0.61。L、S、C和X四频段共孔径天线模块在水平方向的阵元数为：L波段1个、S波段2个、C波段4个、X波段6个；垂直方向阵元数均为3个；
本发明微带天线的有益技术效果体现在下述几个方面：
1、多层平面微带结构有利于实现L频段天线和S(C、X)频段天线共地设计，降低了四频段共孔径天线模块的复杂程度；
2、天线模块工作于L、S、C、X四个频段；采用共孔径技术使得四频段天线模块的孔径和单独L波段天线孔径相同，增加了工作频段而不增加孔径尺寸；
3、可以沿着水平方向将四频段天线模块组成任意规模的天线阵列；
4、垂直方向L、S、C、X四个频段天线单元数相同，这保证了垂直面内各频段辐射方向图的波瓣宽度大致相等；水平阵元间距选择较小的电尺寸，使天线模块组成大型阵列时具有宽角扫描能力。
四 附图说明
下面结合说明书附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
图1是本发明L、S、C、X四频段共孔径天线模块的结构示意图；
图2是本发明L、S、C、X四频段共孔径天线模块的局部剖面图
图3是本发明实施例1的天线单元布局结构示意图；
图4是本发明实施例1的天线结构图
五 具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
为了设计一种L、S、C、X四频段共孔径天线模块，本发明的具体设计方案如下：
1、选用图1所示微带缝隙天线2作为L频段单元形式；微带贴片天线(3、4、5)作为S(C、X)频段的单元形式；
A、L波段天线共有三层：L波段辐射缝隙2位于上层，馈线网络6位于辐射缝隙下方，中间用Rogers5880介质11支撑；在缝隙背面四分之一波长处为金属反射板13，起到抑制背向辐射和安装天线的作用；馈线网络和金属反射板之间用泡沫12填充；天线模块的S、C和X波段天线共用同一介质层10，介质材料为介电常数为2.65的聚四氟乙烯；L波段辐射缝隙所在金属面充当S、C和X波段天线的接地面；
B、S频段、C频段和X频段天线均为微带贴片形式，采用偏置馈电点(7、8、9)的方式降低贴片边缘输入阻抗；
2、天线在垂直方向不扫描，各频段垂直向的三个单元均采用并联方式馈电；调整馈线长度保证三单元同相馈电；
3、采用共孔径技术将S、C、X三个频段的天线单元交错放置在L频段天线单元周围；并根据频率比合理布局空间，使天线模块上的单元分布大致均匀；
4、天线各频段的中心频点为：L波段(1.27GHz)、S波段(2.95GHz)、C波段(5.3GHz)、X波段(9.6GHz)。L、S、C和X频段天线的阵元间距与它们中心频点波长的比值分别为：0.47、0.54、0.49、0.61，距离依次为：dl＝110mm、ds＝55mm、dc＝27.5mm、dx＝18.4mm。L、S、C、X四频段共孔径天线模块在水平方向的阵元数为：L波段1个、S波段2个、C波段4个、X波段6个；垂直方向阵元数均为3个；
实施例1：
本发明的优选实施例如图3、4，是一个L、S、C、X四频段共孔径天线阵列，它可视为由三个所发明的四频段共孔径天线模块组成。各频段的中心频率点为：L波段(1.27GHz)、S波段(2.95GHz)、C波段(5.3GHz)、X波段(9.6GHz)。天线阵列在水平和垂直方向上的阵元间距相等，L、S、C、X四个频段的阵元间距分别为：dl＝110mm、ds＝55mm、dc＝27.5mm、dx＝18.4mm。各频段天线阵元间距与其中心频点波长的比值分别为：0.47、0.54、0.49、0.61。在垂直方向上，L、S、C、X四个频段均为3个单元。
本发明效果如下：
共孔径天线模块工作于L、S、C、X四个频段。天线模块在不增加整个天线孔径的前提下，增加了天线的工作频段，提高了天线孔径资源的利用效率。天线模块可以像传统的天线单元组阵一样沿着水平方向组合成更大规模的天线阵列。
以上内容是结合具体的优选方式对本发明所做的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做成若干简单推演或替换，如组成大规模天线阵列时将阵列两端部分天线模块的高频段单元去掉，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的发明保护范围。

Claims (3)

1.一种L、S、C、X四频段共孔径天线模块，主要包括L频段微带缝隙天线和S、C、X频段的微带贴片天线，其特征在于：
A、天线模块工作于L、S、C、X四个频段；
B、四个频段的天线单元采用共孔径技术设计。
2.根据权利要求1所述的L、S、C、X四频段共孔径天线模块，其特征在于：四频段共孔径天线模块由L频段天线单元及排布在其周围的S、C和X波段天线单元组成，共包括1个L频段线阵、2个S频段线阵、4个C频段线阵和6个X频段线阵，各频段线阵均为三个单元；四频段天线模块的孔径与L频段天线孔径相同。
3.根据权利要求1所述的L、S、C、X四频段共孔径天线模块，其特征在于：天线模块便于沿一维方向扩展为大型天线阵列。
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