CN104064880B - 一种平面集成波导阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种平面集成波导阵列天线，重量轻，成本低，性能好，有利于提高防空预警机载雷达的监控性能，其包括：第一天线阵面、第二天线阵面和碳纤维加强板；第一天线阵面、第二天线阵面和碳纤维加强板平行布置，第一天线阵面和第二天线阵面背面相对，碳纤维加强板位于第一天线阵面和第二天线阵面之间并与两者贴合用于提高天线截获率；第一天线阵面和第二天线阵面均包括84条横向排列的SIW裂缝天线线元、168个T/R组件、两条纵向放置的SIW馈电网络、和差网络；168个T/R组件的输出端分别连接至84条SIW裂缝天线线元的两端，每一个1/42SIW串联馈电分配网络均输出端连接42个T/R组件的输入端并向其馈电。

Description

一种平面集成波导阵列天线

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种平面集成波导阵列天线。

背景技术

AEW(Air Early Warning，空中指挥预警飞机)，集指挥、情报、通信和控制等系统功能于一身，是现代战争当中取得制空权的有效手段，借助于其飞行高度扩大整个空间的预警范围，提供更远距离搜索与更长时的预警时间，可以提高空军作战效能。因此，各军事大国都有大量投入，使其作战效能不断提高。

现有的固定机翼预警机适合配置在陆地或大型航母上，这种预警雷达大多装载在改装的大型运输机或客机之上，其起降滑行距离为数百米甚至更长，所以只适于陆地警戒或搭载在超级航母之上。

舰载直升预警机可以为脱离了地面警戒雷达和指挥系统支持的情况下，为海上作战舰队承担起信息情报获取、分析、分发和指挥控制等任务。舰载直升预警机雷达工作在S波段，采用脉冲多普勒体制。天线口径为7.3×1.52m²的平板列缝矩形阵列天线，旋转天线罩由液压驱动的，每分钟6转，完成方位面的360度机械扫描。雷达不工作时，每分钟1/4转，以保持转动铰链的润滑。由以上数据可以估算出，其增益29dB，俯仰面波瓣宽度约为4.5度，方位面约为0.93度。

近几年以来，随着生态环境的恶化、地球资源的枯萎，国家之间，地域之间备部族之间，为各自利益争夺生存空间，大小军事冲突时有发生。战争的科技含量、战略战术也在不断变化。在这种复杂的国际形势下，低成本、高性能的直升预警机将是中小国家在海上和本土防空预警的有效解决方案。然而，直升预警机载雷达、无人机预警雷达成本高、重量大、各种性能指标有待提高。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种平面集成波导阵列天线，重量轻，成本低，性能好，有利于提高防空预警机载雷达的监控性能。

本发明提出的一种平面集成波导阵列天线，包括：

第一天线阵面、第二天线阵面和碳纤维加强板；第一天线阵面、第二天线阵面和碳纤维加强板平行布置，第一天线阵面和第二天线阵面背面相对，碳纤维加强板位于第一天线阵面和第二天线阵面之间并与两者贴合用于提高天线截获率；

第一天线阵面和第二天线阵面均包括84条横向排列的SIW裂缝天线线元、168个T/R组件、两条纵向放置的SIW馈电网络、和差网络；每一条纵向放置的SIW馈电网络均包括两个1/42SIW串联馈电分配网络，168个T/R组件的输出端分别连接至84条SIW裂缝天线线元的两端，每一个1/42SIW串联馈电分配网络均输出端连接42个T/R组件的输入端并向其馈电；和差网络连接四个1/42SIW串联馈电分配网络；

在发射信号时，和差网络将发射机发射的信号分配到四个1/42SIW串联馈电分配网络，1/42SIW串联馈电分配网络向连接的T/R组件馈电，T/R组件产生激励信号并通过SIW裂缝天线线元发送出去；在接收信号时，SIW裂缝天线线元接收信号并传输到T/R组件，T/R组件将接收信号发送到1/42SIW串联馈电分配网络进行合成，和差网络接收合成信号并形成方位面上的左右差波束、俯仰面的上下差波束、全阵面的和波束后发送到接收机。

优选地，第一天线阵面和第二天线阵面结构相同。

优选地，第一天线阵面和第二天线阵面为矩形平板结构，介质基厚度为0.5～1.0mm。

优选地，第一天线阵面和第二天线阵面为5.0×1.5m²的矩形平板，介质基厚度为0.8mm。

优选地，碳纤维加强板的厚度为0.5～2.0mm。

优选地，碳纤维加强板厚度为1mm。

优选地，168T/R组件的输入端插针和输出端插针与SIW直接焊接。

优选地，采用圆极化波收发方式抵抗气象干扰。

本发明提供的天线重量轻，成本低，天线增益和分辨率高，而且采用双阵面的扫描形式，前后两面同时搜索与跟踪目标，提高了对目标的截获率。本发明尤其适合应用在机载雷达中，提高雷达的防空预警监测效率。

附图说明

图1为一种平面集成波导阵列天线结构图；

图2为天线阵面电原理图。

具体实施方式

参照图1，本发明提出的一种平面集成波导阵列天线，包括：第一天线阵面1、第二天线阵面2和碳纤维加强板3。该天线采用可抵抗云、雾、雨等气象干扰的圆极化波收发方式。

第一天线阵面1、第二天线阵面2和碳纤维加强板3平行布置，第一天线阵面1和第二天线阵面2背面相对实现前后两侧同时扫描、搜索与跟踪目标。碳纤维加强板3位于第一天线阵面1和第二天线阵面2之间并与两者贴合用于提高天线截获率。第一天线阵面1和第二天线阵面2均采用SIW(Substrateintegrated waveguide，平面集成波导)裂缝天线阵且结构相同，碳纤维加强板3的厚度大于第一天线阵面1和第二天线阵面2的厚度。本实施方式中，第一天线阵面1和第二天线阵面2具体实现为为5.0×1.5m²的矩形平板，介质基厚度为0.8mm，碳纤维加强板3厚度为1mm。具体实施时，第一天线阵面1和第二天线阵面2的介质基厚度可在0.5～1.0mm间取值，碳纤维加强板3的厚度可在0.5～2.0mm间取值。

参照图2，第一天线阵面1和第二天线阵面2均包括84条横向排列的SIW裂缝天线线元、168个T/R组件(Transmitter and Receiver，发送和接收)、两条纵向放置的SIW馈电网络、和差网络。每一条纵向放置的SIW馈电网络均包括两个1/42SIW串联馈电分配网络，和差网络连接四个1/42SIW串联馈电分配网络，168个T/R组件的输出端分别连接至84条SIW裂缝天线线元的两端。SIW裂缝天线线元的馈电形式为：SIW过渡至微带线，以端馈方式与外接电路连接。

如图2所示，天线阵面按四象限分为四个子阵A、B、C、D，每一子阵包括42个T/R组件以及与42个T/R组件对应连接的42个SIW裂缝天线线元端。每一个子阵包含一个1/42SIW串联馈电分配网络，1/42SIW串联馈电分配网络按单根SIW以串联馈电方式对T/R组件馈电。1/42SIW串联馈电分配网络的42个输出端和输入端通过SIW过渡至微带线与外部电路连接，为削弱微带线的辐射量级，过渡段线长尽量缩短。每一个1/42SIW串联馈电分配网络包括一个1/42SIW功率分配器，每一个1/42SIW功率分配器的输出端连接对应子阵中的42个T/R组件的输入端，1/42SIW功率分配器的各输出端为等幅相分布。

168个T/R组件的输入端和输出端插针与SIW直接焊接，在馈电网络、天线线元与T/R组件之间，避免使用微波连接器，消除了由于连接器在该工作频段所引入的幅度随机误差和相位误差。

本实施方式的工作原理是：在发射信号时，和差网络将发射机发射的信号分配到四个1/42SIW串联馈电分配网络，1/42SIW串联馈电分配网络向连接的T/R组件馈电，T/R组件产生激励信号并通过SIW裂缝天线线元发送出去；咋接收信号时，SIW裂缝天线线元接收信号并传输到T/R组件，T/R组件将接收信号发送到1/42SIW串联馈电分配网络进行合成，和差网络接收合成信号并形成方位面上的左右差波束、俯仰面的上下差波束、全阵面的和波束后发送到接收机。

本实施方式中，整个阵面均采用先进的新技术“平面集成波导”传输系统进行电讯与结构设计，SIW裂缝阵采用低成本的微波介质基片印刷电路或低温共烧陶瓷多层电路的制作工艺来实现，与传统矩形波导管相比，制作筒单、成本低、体积小、重量轻，是实现小型化、模块化、集成化的优选技术方案。

通常在平面阵列天线中，大多釆用微带电路和矩形贴片天线。平面集成波导对微波能的传输损耗较常用的微带电路小，而且SIW所组建的网络电磁兼容性好，免除了内部串扰和外部干扰的影响。该天线的天线增益和分辨率数倍有益于传统的天线。

SIW裂缝阵的重量为2.0kg/m²，仅为铜质波导裂缝阵列天线重量1/21。由于天线阵面超轻，应用环境限制小，可以搭载于垂直起降的无人机上用于日常巡逻。而且由于阵面上的SIW波导列缝天线重量超轻，本实施方式中采用两套阵列天线背靠背安放，实现前后两个方向同时搜索和跟踪目标，相当于两部雷达的效果。

SIW的波导壁厚仅为0.017mm，其传输损耗越小，辐射效率高于常规波导裂缝天线。

利用该天线的雷达可采用一维相扫的扫描方式，即俯仰面采用相位电控扫描方式，最大扫描角可达±45度，方位面采用机械旋转扫描方式，可实现360度全方位扫描。利用该天线的雷达整机采用多普勒、脉冲压缩、单脉冲等综合技术，实现和波束搜索、差波束跟踪，预警距离达到150km，方位面跟踪精度达到0.03度、俯仰面跟踪精度达到0.13度，大大提高了预警监控性能。

本实施方式中提供的天线阵面组建的雷达具体应用时，可安放在机身下腹位，并设置收放功能。直升机起降阶段，由液压机构推动雷达天线阵面90度折叠，使其平贴于机腹；在执行任务时，再翻转90度，由存放位置旋转至工作位置，收放时间设为30秒。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种平面集成波导阵列天线，其特征在于，包括：

第一天线阵面(1)、第二天线阵面(2)和碳纤维加强板(3)；第一天线阵面(1)、第二天线阵面(2)和碳纤维加强板(3)平行布置，第一天线阵面(1)和第二天线阵面(2)背面相对，碳纤维加强板(3)位于第一天线阵面(1)和第二天线阵面(2)之间并与两者贴合用于提高天线截获率；

第一天线阵面(1)和第二天线阵面(2)均包括84条横向排列的SIW裂缝天线线元、168个T/R组件、两条纵向放置的SIW馈电网络、和差网络；每一条纵向放置的SIW馈电网络均包括两个1/42SIW串联馈电分配网络，168个T/R组件的输出端分别连接至84条SIW裂缝天线线元的两端，每一个1/42SIW串联馈电分配网络均输出端连接42个T/R组件的输入端并向其馈电；和差网络连接四个1/42SIW串联馈电分配网络；

在发射信号时，和差网络将发射机发射的信号分配到四个1/42SIW串联馈电分配网络，1/42SIW串联馈电分配网络向连接的T/R组件馈电，T/R组件产生激励信号并通过SIW裂缝天线线元发送出去；在接收信号时，SIW裂缝天线线元接收信号并传输到T/R组件，T/R组件将接收信号发送到1/42SIW串联馈电分配网络进行合成，和差网络接收合成信号并形成方位面上的左右差波束、俯仰面的上下差波束、全阵面的和波束后发送到接收机。

2.如权利要求1所述的平面集成波导阵列天线，其特征在于，第一天线阵面(1)和第二天线阵面(2)结构相同。

3.如权利要求2所述的平面集成波导阵列天线，其特征在于，第一天线阵面(1)和第二天线阵面(2)为矩形平板结构，介质基厚度为0.5～1.0mm。

4.如权利要求3所述的平面集成波导阵列天线，其特征在于，第一天线阵面(1)和第二天线阵面(2)为5.0×1.5m²的矩形平板，介质基厚度为0.8mm。

5.如权利要求1所述的平面集成波导阵列天线，其特征在于，碳纤维加强板(3)的厚度为0.5～2.0mm。

6.如权利要求5所述的平面集成波导阵列天线，其特征在于，碳纤维加强板(3)厚度为1mm。

7.如权利要求1所述的平面集成波导阵列天线，其特征在于，168T/R组件的输入端插针和输出端插针与SIW直接焊接。

8.如权利要求1所述的平面集成波导阵列天线，其特征在于，采用圆极化波收发方式抵抗气象干扰。