CN104934700A - 一种宽角覆盖低交叉极化电平天线辐射单元 - Google Patents

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卢青
丛友记
朱平
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Abstract

本发明涉及一种宽角覆盖低交叉极化电平天线辐射单元，该天线辐射单元包括以下部分：介质基板部分，反射板部分，同轴连接器部分，印刷偶极子部分，印刷条带部分，带状线巴伦部分。本发明提出的天线辐射单元具有宽角扫描、宽角匹配、交叉极化电平低、加工简单、易于和馈电网络集成等特点，适用于相控阵天线单元。

Description

一种宽角覆盖低交叉极化电平天线辐射单元
技术领域
本发明涉及一种宽角覆盖低交叉极化电平天线辐射单元设计技术。本发明用作相控阵天线的单元。
背景技术
相控阵天线单元应具备宽角匹配、宽角扫描的特性。传统的微带巴伦馈电的印刷偶极子天线由于结构简单、容易加工成为首选，理论和实践均证明了这一类振子在E面会出现扫描盲点，一般采用加寄生杆的方法来消除扫描盲点，但是在大型相控阵雷达中，寄生杆的数量庞大，导致安装麻烦、重量大等缺点，而且H面的波束没有得到展宽、匹配没有得到改善，另外，该类型天线的交叉极化电平较高。
发明内容
本发明提出一种相控阵天线的宽角覆盖低交叉极化电平天线辐射单元，该天线辐射单元为带有寄生条带的带状线馈电印刷偶极子形式，具有宽角扫描、宽角匹配、交叉极化电平低、加工简单、易于和馈电网络集成等特点。
实现本发明的技术方案如下：本发明提出的宽角覆盖低交叉极化电平天线辐射单元包括介质基板部分，反射板部分，同轴连接器部分，印刷偶极子部分，印刷条带部分和带状线巴伦部分。其中印刷偶极子和印刷条带印制于介质基板的上下表面；巴伦印制于介质基板层中间以构成带状线结构；同轴连接器与巴伦的底部通过接触的方式连接，作为馈电；反射板上面开孔，同轴连接器穿过其中，使得介质基板和同轴连接器分别位于反射板的两侧。天线辐射单元为双层介质基板、双面辐射印刷振子结构。在双面辐射印刷偶极子两侧各引入竖直放置的印刷条带，用来消除阵列E面扫描盲点；在双面辐射印刷偶极子前部各引入两条同样长度水平放置的印刷条带，作为引向器以减小阵列H面的互耦；所有的寄生条带与印刷振子共面，为双面结构。
本发明天线辐射单元的有益技术效果体现在下述几个方面：
1、印刷偶极子两侧竖直放置的印刷条带可以看作是平面反射板向上折起的等效，与角反射器的原理类似，通过向上反射低仰角的电磁波达到压缩波束宽度的目的，使电磁波尽可能向上方辐射，消除了E面的扫描盲角。
2、用两侧竖直放置的印刷条带代替以往常用的寄生杆，使得整个天线的结构区域简单、安装得以简化。
3、印刷偶极子前部水平放置的印刷条带用做波束引向的平面寄生单元，借此改善阻抗匹配，该寄生单元距离印刷振子约1/4波长，可以看作是一种引向结构，由天线阻抗理论分析可知，它们与原有的偶极子及其镜像产生互耦，可以有效地展宽带宽、减小H面的互耦，提高了该方向的波束扫描特性。
4、印刷偶极子天线采用巴伦平衡馈电形式，通过2级阻抗变化，较好地起到阻抗匹配效果，拓展天线的工作带宽。巴伦包括为一段带状线，一段1/4λg开路线和一段1/4λg短路槽线。这种馈电结构已证明具有宽带特性，且具有平衡电流的作用。
5、相比于微带线馈电形式，印刷偶极子天线的带状线馈电形式使得天线的交叉极化电平得到了有效地降低。
最终设计结果表明，本发明天线在20％的相对频带内有源反射系数在扫描角范围内大多在2.0以下，主瓣位置的交叉极化电平小于-40dB。
附图说明
图1为本发明天线辐射单元的结构全图，其中1为介质基板部分，2为反射板部分，3为同轴连接器部分。
图2为本发明天线辐射单元介质基板部分上下表面层的俯视图，其中4为印刷偶极子部分，5为印刷偶极子两侧的印刷条带部分，6为印刷偶极子前侧的印刷条带部分。
图3为本发明天线辐射单元介质基板部分中间层的俯视图，其中7为带状线巴伦部分。
图4为本发明天线辐射单元组成9×9三角形排布阵列后中心单元有源反射系数曲线(不扫描状态下)。
图5为本发明天线辐射单元组成9×9三角形排布阵列后中心单元有源反射系数曲线(方位扫描至50°)。
图6为本发明天线辐射单元组成9×9三角形排布阵列后中心单元有源反射系数曲线(俯仰扫描至60°)。
图7为本发明天线辐射单元组成9×9三角形排布阵列后中心频点的方位面(E面)共极化与交叉极化方向图。
图8为本发明天线辐射单元组成9×9三角形排布阵列后中心频点的俯仰面(H面)共极化与交叉极化方向图。
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。
参见图1，一种宽角覆盖低交叉极化电平天线辐射单元。整个天线辐射单元包括介质基板部分1，反射板部分2，同轴连接器部分3。
如图2所示，印刷偶极子部分4，印刷偶极子两侧的印刷条带部分5，印刷偶极子前侧的印刷条带部分6。
如图3所示，带状线巴伦部分7。
本发明性能如下：
图4为本发明天线辐射单元组成9×9三角形排布阵列中心单元在不扫描状态下的有源反射系数仿真曲线，可见在20％的相对频带内反射系数小于-10dB。
图5为本发明天线辐射单元组成9×9三角形排布阵列中心单元在方位面扫描至50°状态下的有源反射系数仿真曲线，可见在20％的相对频带内反射系数小于-10dB。
图6为本发明天线辐射单元组成9×9三角形排布阵列中心单元在俯仰面扫描至60°状态下的有源反射系数仿真曲线，可见在20％的相对频带内反射系数小于-10dB。
图7为本发明天线辐射单元组成9×9三角形排布阵列后中心频点的方位面(E面)共极化与交叉极化方向图，可见主瓣位置的交叉极化电平小于-40dB。
图8为本发明天线辐射单元组成9×9三角形排布阵列后中心频点的方位面(H面)共极化与交叉极化方向图，可见主瓣位置的交叉极化电平小于-40dB。
从图4至图6可知，本发明天线辐射单元组成阵列后，在方位面扫描至50°，俯仰面扫描至60°，天线匹配仍然很好，扫描过程中无扫描盲点出现，说明该天线辐射单元具有宽角匹配、宽角扫描的特性。
从图7至图8可知，本发明天线辐射单元组成阵列后，主瓣位置的交叉极化电平小于-40dB，说明该天线辐射单元具有低交叉极化电平的特性。
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，如采用非直角臂的伞形振子等，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 (1)

1.一种宽角覆盖低交叉极化电平天线辐射单元，整个天线辐射单元包括介质基板部分，反射板部分，同轴连接器部分，印刷偶极子部分，印刷条带部分，带状线巴伦部分，其特征在于：印刷偶极子和印刷条带印制于介质基板的上下表面；巴伦印制于介质基板层中间以构成带状线结构；同轴连接器与巴伦的底部通过接触的方式连接，作为馈电；反射板上面开孔，同轴连接器穿过其中，使得介质基板和同轴连接器分别位于反射板的两侧；天线为双层介质基板、双面辐射印刷振子结构；印刷振子两侧的寄生条带用来消除阵列E面扫描盲点，印刷振子前侧的寄生条带作为引向器，以此减小阵列H面的互耦；所有的寄生条带与印刷振子共面，为双面结构。
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