CN104953296B - 相控阵腔式微带天线单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了相控阵腔式微带天线单元，它涉及通信、测控领域的相控阵天线辐射单元装置。本装置包括从上到下依次贴合的上层介质板1、金属围框3、下层介质板2和金属反射腔4，由介质螺钉5贯穿固定连接；金属反射腔4的下表面通过法兰与同轴接插件6相连接；下层贴片8在下层介质板2的下表面；电容片9在下层介质板2的上表面。本装置根据通信、测控系统对相控阵天线辐射方向图，驻波、安装空间要求设计的，具有驻波带宽宽、低轮廓、高质量阵中辐射方向图的腔式微带天线单元。本发明适用于通信、测控系统中飞行器载体高性能低轮廓相控阵天线设计。

Description

相控阵腔式微带天线单元
技术领域
本发明涉及通信、测控领域中的一种相控阵腔式微带天线单元，本发明较适合应用于要求具有波束扫描功能相控阵天线的通信、测控系统中。
背景技术
微带天线以其具有低轮廓，小型化，易集成的特点，广泛应用在通信、测控系统中，特别是在相控阵天线阵的设计中，多采用微带天线的形式，因为它容易满足波束扫描范围对天线阵间距尺寸的要求，相控阵微带单元形式主要有以下几种形式，各有优点，但也均存在某种不足。
1、单层微带相控阵天线单元：该形式天线结构简单，轮廓低，易集成有源电路，但天线阻抗带宽较窄，仅为2％，宽带系统应用受限。
2、准八木微带相控阵天线单元，该形式的微带天线具有尺寸小、阻抗带宽宽的特点，小于2的驻波带宽大于20％，但其为片状线源结构、H面方向图波束宽度较宽，阵中耦合较大，方向图会产生不同程度的畸变；另一方面，其纵向尺寸较大，导致天线很难实现低轮廓设计，尤其在工作频段较低时，表现尤为突出。
3、缝隙耦合相控阵微带天线，该形式的微带天线具轮廓低、阻抗带宽宽的特点，但是该天线为开放式结构，层层之间无屏蔽结构，在相控阵天线应用中，阵中耦合较大，会使天线辐射方向图产生畸变；另一方面，该天线采用侧馈的方式，这样接插件会占用组阵方向的物理空间，不利用大角度扫描相控阵天线的设计。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种相控阵腔式微带天线单元，本发明的特点是，阻抗带宽宽、轮廓低，结构紧凑、尺寸小、底馈馈电方式。
本发明是这样实现的：相控阵腔式微带天线单元，包括从上到下依次贴合的上层介质板1、金属围框3、下层介质板2和金属反射腔4，由介质螺钉5贯穿固定连接；金属反射腔4的下表面通过法兰与同轴接插件6相连接。
其中，同轴接插件6包括同轴接插件外导体和同轴接插件内导体10；上层介质板1的下表面印制有上层贴片7，下层介质板2的下表面印制有下层贴片8，下层介质板2的上表面印制有电容片9，下层介质板2开有与同轴接插件内导体10直径相同的孔，同轴接插件内导体10通过下层介质板2的孔与电容片9相焊接，同轴接插件外导体通过法兰与金属反射腔4的下表面相连接。
其中，所述的电容片9的中心在下层贴片8的两组对边中点的连线上且不在两组对边中点连线的交点处。
其中，所述的电容片9为圆形或者正方形。
本发明与背景技术比较有如下优点：
1、本发明设置了相控阵腔式微带天线单元，该腔式微带天线由上层介质板1、下层介质板2、金属围框3、金属反射腔4、介质螺钉5、同轴接插件6组成，能在宽频带相控阵天线阵中内产生高质量的辐射方向图，克服了传统微带相控阵天线单元阵中辐射方向图畸变的技术难题，小于2的驻波带宽大于20％，阵中单元间隔离大于20dB。
2、本发明整个天线结构简单、紧凑，与其他缝隙耦合馈电的微带天线比较阵中单元电磁屏蔽优良，单元间隔离度高，同时该天线结构可实现小型化设计，满足实现波束扫描±60°对天线尺寸的要求，同时底馈的馈电方式，有利于与有源T/R组件纵向实现集成连接，适用于高集成度、大角度扫描的宽带相控阵天线系统。
附图说明
图1是本发明的相控阵腔式微带天线单元三维结构示意图；
图2是本发明的相控阵腔式微带天线单元分层结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。
本发明由上层介质板1、下层介质板2、金属围框3、金属反射腔4、介质螺钉5、同轴接插件6构成，图1是本发明的三维结构示意图，图中给出了各部件间的相对位置关系：上层介质板1、金属围框3、下层介质板2和金属反射腔4从上到下依次贴合，并由介质螺钉(5)贯穿固定连接，层与层之间填充的是空气介质，金属反射腔4的下表面通过法兰与同轴接插件6相连接，采用螺钉对法兰进行固定，保证电连接良好接触。
图2是本发明每层结构示意图，上层贴片7印制在上层介质板1的下表面，下层贴片8印制在下层介质板2的下表面，圆形电容片9印制在下层介质板2的上表面，下层介质板2开有与同轴接插件内导体10直径相同的孔，同轴接插件内导体10通过下层介质板2的孔焊接在圆形电容片9上，同轴接插件外导体与金属反射腔4的下表面通过法兰紧密相连。其中，上层贴片7作用是辐射或接收电磁信号，完成电磁信号转换，实施例采用印制板敷铜结构，该贴片在印制板的下表面，此设计是考虑到介质板对辐射贴片可起到保护作用；圆形电容片9在下层介质板2的上表面，它的作用是对下层贴片8进行耦合式馈电，此种馈电方式可以展宽腔式微带天线的带宽，并实现对输入阻抗进行优化调谐；同轴接插件内导体10焊接在圆形电容片9上，实现了同轴接插件对天线馈电；金属围框3和金属反射腔4和对天线的辐射体起到了屏蔽作用，保证了相控阵阵中单元间的高隔离度。
本发明工作原理如下：发射信号经同轴接插件输出到圆形电容片上，圆形电容片将发射信号耦合到下层贴片上，在下层贴片上激励起感应电流并通过空间耦合的方式耦合到上层贴片上，上层贴片激励起电磁波并辐射到自由空间。天线的接收和发射为互易过程，接收信号经上层贴片通过空间耦合方式耦合到下层贴片上，下层贴片将接收信号耦合到圆形电容片上，最终由同轴接插件及同轴电缆输出到外接接收机。

Claims (2)

1.相控阵腔式微带天线单元，其特征在于：包括从上到下依次贴合的上层介质板(1)、金属围框(3)、下层介质板(2)和金属反射腔(4)，由介质螺钉(5)贯穿固定连接；金属反射腔(4)的下表面通过法兰与同轴接插件(6)相连接；所述的同轴接插件(6)包括同轴接插件外导体和同轴接插件内导体(10)；上层介质板(1)的下表面印制有上层贴片(7)，下层介质板(2)的下表面印制有下层贴片(8)，下层介质板(2)的上表面印制有电容片(9)，下层介质板(2)开有与同轴接插件内导体(10)直径相同的孔，同轴接插件内导体(10)通过下层介质板(2)的孔与电容片(9)相焊接，同轴接插件外导体通过法兰与金属反射腔(4)的下表面相连接；所述的电容片(9)的中心在下层贴片(8)的两组对边中点的连线上且不在两组对边中点连线的交点处。
2.根据权利要求1所述的相控阵腔式微带天线单元，其特征在于：所述的电容片(9)为圆形或者正方形。
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