CN103247845A - 宽角扫描圆极化相控阵天线子阵 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种宽角扫描圆极化相控阵天线子阵，旨在提供一种具有良好的宽角扫描增益特性和宽角扫描圆极化特性，可较好避免反旋的相控阵天线子阵。本发明通过下述技术方案予以实现：三个圆极化微带天线辐射贴片，以三元旋转子阵形式分布在微带天线介质板（10）上。微带天线介质板下方的金属层（6）作为三个微带天线单元的金属地。同轴接头内芯（3）和同轴接头外芯（4）组成一个同轴馈电端口，同轴外芯连接金属地，同轴接头内芯以盲插方式，无接触的连接位于微带天线介质板上的辐射贴片，该同轴馈电端口对微带天线单元进行电磁耦合馈电并实施相位补偿，得到辐射左旋圆极化电磁波的子阵或辐射右旋圆极化电磁波的子阵。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于相控阵天线进行圆极化宽角扫描的相控阵天线子阵。
背景技术
现今，机载阵列天线已经由最早的固定波束机械扫描阵列天线逐渐向相控阵天线过渡，而相控阵天线又分为无源相控阵天线和有源相控阵天线两类。现代先进作战飞机平台对机载天线的要求主要有：尽量与机身外形一致，以低轮廓的形式出现，以不破坏作战飞机原有的气动特性并获得较好的雷达低可探测性；尽量减小重量，降低作战飞机起飞重量的负担。
同时，在有些机载天线的应用场合，需要相控阵天线进行圆极化宽角扫描，即当天线扫描到大角度时能获得较高增益和轴比特性。传统使用固定波束的机械扫描阵列天线，结构复杂，重量较大，需要伺服系统，使得扫描速度过慢，已经不大符合当今飞机的设计思路。
现有技术采用圆极化单元作为相控阵天线阵列单元，阵列排布往往采用一些规则的形式，例如矩阵排布，这样的设计使得相控阵天线存在较大的扫描盲区，即在较大角度的扫描区域内，相控阵天线的增益下降和轴比恶化十分严重。另外，此时相控阵天线也会出现严重的反旋问题。
现有技术为了实施对天线的保护，在机载天线安装的位置，都加装了对飞机的气动特性及雷达低可探测性不利的天线罩。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术的不足之处，提供一种具有良好的宽角扫描增益特性和宽角扫描圆极化特性，可较好避免反旋的相控阵天线子阵。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：本发明提供的一种宽角扫描圆极化相控阵天线子阵，包括：层叠在微带天线介质板10上，具有透波特性的覆盖保护层和三个圆极化微带天线单元，其特征在于，三个圆极化微带天线辐射贴片，以三元旋转子阵形式分布在微带天线介质板10上；微带天线介质板下方的金属层6作为三个微带天线单元的金属地；同轴接头内芯3和同轴接头外芯4组成一个同轴馈电端口，同轴外芯连接金属地，同轴接头内芯以盲插方式，无接触的连接位于微带天线介质板上的辐射贴片，所述同轴馈电端口对微带天线单元进行电磁耦合馈电并利用移相器实施相位补偿，根据三元旋转子阵各端口馈电相位滞后方向及各圆极化天线单元极化方向的不同，便可得到辐射左旋圆极化电磁波的子阵或辐射右旋圆极化电磁波的子阵。
本发明的有益的效果是：三个微带天线单元辐射贴片分别绕着自身的馈电中心点旋转了一定的角度，同时在其对应的三个同轴馈电端口处进行了相应角度的相位补偿。若采用本发明所提供的三元旋转子阵的形式来构建圆极化相控阵天线，可以获得较好的子阵大角度轴比特性，使整个圆极化相控阵在进行大角度扫描时轴比特性较好，同时，由于轴比的降低，其大角度增益也得到相应的提升。另一方面，所提供的三元旋转子阵，与传统的四元旋转子阵相比，可较好的避免反旋问题，即天线的交叉极化分量在扫描面内叠加产生一个与主极化波束可比拟的波束，这对降低机载阵列天线模式项RCS，使飞机获得较低的雷达低可探测性是有利的。
本发明中采用同轴接头盲插的方式对微带圆极化天线单元进行电磁耦合馈电，即同轴接头内芯没有与微带贴片直接接触，与其保持一定的高度差；同时同轴接头内芯与馈电处的金属化过孔也存在一定的间隙，这些间隙在微波频段产生电容效应，通过调节间隙的大小，可以获得良好的匹配。使用这种馈电方式可以避免使用锡焊操作，降低加工的难度和成本。另外，由于不使用锡焊工艺，微带天线单元馈电点处不存在焊锡的突起，可以获得较好的平整度，这一优点有利于后期包括覆盖保护层等部件与天线阵面的无缝装联。
本发明所提供的三元旋转子阵，由该子阵构建的整个天线阵列包括了一层位于微带天线上方的具有透波特性的覆盖保护层，这个保护层可以替代传统机载天线上使用的天线罩，承受载荷，对天线进行保护的作用。利用这个保护层可以隔离外界环境与天线阵列，保护和伪装天线阵列。由于覆盖保护层是一层平面结构，可以很好的与天线阵面一体化成型加工，也有利于降低天线系统的剖面高度，获得良好的气动性能和雷达低可探测性。
附图说明
下面结合附图实施方法对本发明专利进一步说明。
图1是本发明一种新型宽角扫描圆极化相控阵天线子阵的总体示意图。
图2是图1的主视图。
图中：1第一辐射贴片，2金属化过孔，3同轴接头内芯,4同轴接头外芯，5第二辐射贴片，6金属层，7馈电中心点,8馈电端口，9第三辐射贴片，10微带天线介质板，11覆盖保护层。
具体实施方式
参阅图1、图2。在以下描述的一个最佳实施实例中，宽角扫描圆极化相控阵天线子阵主要包括：层叠在微带天线介质板10上，用一层或多层具有透波特性的材料来制作的替代天线罩的覆盖保护层11和三个圆极化微带天线单元。这个保护层可以是一块整板，覆盖于由子阵构建的完整天线阵面上。微带天线介质板10下方的金属层6为三个微带天线单元的金属地。三个金属化过孔2贯穿于微带天线介质板10和微带天线单元上辐射贴片，同轴接头内芯3的直径小于金属化过孔2的直径，它们之间也存在一定的间隙。辐射贴片的形式可以为矩形贴片，圆形贴片或其它别的形状。同轴接头内芯3和同轴接头外芯4组成一个同轴馈电端口，同轴接头外芯连接金属地，同轴接头内芯以盲插方式，连接位于微带天线介质板上的辐射贴片，即同轴接头内芯没有与微带片直接接触，与微带片保持一定的高度差，与馈电处的金属化过孔也存在一定的间隙。三个圆极化微带天线辐射贴片以三元旋转子阵形式分布在微带天线介质板10上，即三个贴片分别绕馈电中心点依次旋转120°。同轴馈电端口对微带天线单元进行电磁耦合馈电并实施相位补偿。圆极化微带天线单元的极化方向需要和子阵的极化方向一致，因此构成子阵的微带天线单元为圆极化微带天线单元，其极化方向与子阵的极化方向一致。微带天线单元上第一辐射贴片1，第二辐射贴片5，第三辐射贴片9和金属层6可以通过PCB印制板工艺或低温共烧陶瓷LTCC工艺制成。
覆盖保护层11层叠于微带天线介质板10之上，微带天线介质板10与覆盖保护层11将微带天线上第一辐射贴片1，第二辐射贴片5，第三辐射贴片9夹于其间。制作覆盖保护层的材料可以和微带天线介质板材料相同，也可以是其它某种透波材料。覆盖保护层可以是一层或多层。覆盖保护层11与微带天线介质板10可以采用高温层压工艺或者pp粘接片层压工艺压接在一起。
同轴接头内芯3和同轴接头外芯4组成一个同轴馈电端口，同轴外芯连接金属地，同轴接头内芯以盲插方式，无接触的连接位于微带天线介质板上的辐射贴片。三个圆极化微带天线辐射贴片，以三元旋转子阵形式分布在微带天线介质板10上。若以微带天线单元上第一辐射贴片1为基准，第二辐射贴片5和第三辐射贴片9分别绕着各自的馈电中心点6，顺势针旋转120°和240°。同时，对微带天线单元上第一辐射贴片1、第二辐射贴片5、第三辐射贴片9馈电的三个馈电端口8，分别配置的相位为0°、-120°、-240°。按照上述的微带天线单元上辐射贴片旋转方式及馈电端口相位配置方式最终可以得到辐射左旋圆极化电磁波的子阵。若将上贴片旋转方向颠倒及馈电端口相位反相，则可以得到辐射右旋圆极化电磁波的子阵。
以上是向熟悉本发明领域的工程技术人员提供的对本发明及其实施方案的描述，这些描述应被视为是说明性的，而非限定性的。工程技术人员可据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。上述这些都应被视为本发明的涉及范围。
Claims (9)
1.一种宽角扫描圆极化相控阵天线子阵，包括：层叠在微带天线介质板（10）上，具有透波特性的覆盖保护层和三个圆极化微带天线单元，其特征在于，三个圆极化微带天线辐射贴片(1,5,9)，以三元旋转子阵形式分布在微带天线介质板（10）上，微带天线介质板下方的金属层（6）作为三个微带天线单元的金属地，同轴接头内芯（3）和同轴接头外芯（4）组成一个同轴馈电端口，同轴外芯连接金属地，同轴接头内芯以盲插方式，无接触的连接位于微带天线介质板上的辐射贴片。
2.根据权利1所述的宽角扫描圆极化相控阵天线子阵，其特征在于，同轴馈电端口对微带天线单元进行电磁耦合馈电，并利用移相器实施相位补偿，得到辐射左旋圆极化电磁波的子阵或辐射右旋圆极化电磁波的子阵。
3.根据权利2所述的宽角扫描圆极化相控阵天线子阵，其特征在于，微带天线单元为圆极化微带天线单元，圆极化微带天线单元的极化方向与子阵的极化方向一致。
4.根据权利1所述的宽角扫描圆极化相控阵天线子阵，其特征在于，微带天线单元上第一辐射贴片（1）、第二辐射贴片（5）、第三辐射贴片（9）和金属层（6）通过PCB印制板工艺或低温共烧陶瓷LTCC工艺制成。
5.根据权利1所述的宽角扫描圆极化相控阵天线子阵，其特征在于，三个金属化过孔（2）贯穿于微带天线介质板（10）和微带天线单元上辐射贴片，同轴接头外芯（4）与金属地（6）是连接在一起的。
6.根据权利1所述的宽角扫描圆极化相控阵天线子阵，其特征在于，若以微带天线单元上第一辐射贴片（1）为基准，第二辐射贴片（5）和第三辐射贴 片（9）分别绕着馈电中心点（7），依次旋转120°和240°，构成三元旋转子阵的分布。
7.根据权利1所述的宽角扫描圆极化相控阵天线子阵，其特征在于，同轴接头内芯（3）不与微带天线单元上辐射贴片直接接触，且有一定间隙。
8.根据权利1所述的宽角扫描圆极化相控阵天线子阵，其特征在于，同轴接头内芯（3）的直径小于金属化过孔（2）的直径，且有一定间隙。
9.根据权利1所述的宽角扫描圆极化相控阵天线子阵，其特征在于，对微带天线单元第一辐射贴片（1）、第二辐射贴片（5）、第三辐射贴片（9）馈电的三个馈电端口（8），分别配置的相位为0°、-120°和-240°。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130814 |