CN105305076B - 集成监测网络的天线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种集成监测网络的天线结构，包括：天线阵列介质层，其上表面设置有至少两个天线单元，其下表面设置有各所述天线单元的馈线；监测网络介质层，设置在所述天线阵列介质层的上表面，其背向于所述天线阵列介质层的表面上设有功分网络，所述功分网络的各支路接口耦合连接相应所述天线单元的馈线。本发明将天线阵列和监测网络集成为一体，无需考虑组件间的安装问题，此外，能够实现板间耦合，提高系统可靠性。

Description

集成监测网络的天线结构
技术领域
本发明属于通信领域，特别涉及一种可应用于数字相控阵雷达天馈线系统的集成监测网络的天线结构。
背景技术
在现在雷达系统中，特别是数字相控阵相控阵雷达系统中，通道的幅相一致性误差直接影响数字波束的形成和目标的测角精度，需要对各通道的幅相一致性误差进行监测校正。因此，在数字相控阵雷达系统中，天线阵列与监测网络均扮演重要角色。
目前，天线阵列和监测功分网络为分立的组件，单元级的监测一般采用耦合线形式，在天线单元馈线出口处耦合出小信号，通过电缆或者接插件连接到一个监测功分网络中，用于系统监测。以上方式至少存在如下缺点：1.由于各组件分立，总的组件较多，且需要考虑各个组件之间的安装问题；2.组件之间需要通过电缆或者接插件实现连接，降低了系统可靠性，提高了成本。
发明内容
本发明所要解决的目的是提供一种集成监测网络的天线结构，将天线阵列和监测网络集成为一体，无需考虑组件间的安装问题，此外，能够实现板间耦合，提高系统可靠性。
为解决上述问题，本发明提出一种集成监测网络的天线结构，包括：
天线阵列介质层，其上表面设置有至少两个天线单元，其下表面设置有各所述天线单元的馈线；
监测网络介质层，设置在所述天线阵列介质层的上表面，其背向于所述天线阵列介质层的表面上设有功分网络，所述功分网络的各支路接口耦合连接相应所述天线单元的馈线。
根据本发明的一个实施例，所述天线阵列介质层的上表面上开设有耦合槽，所述耦合槽的数目和馈线出口数目相同，各所述耦合槽布置在一馈线出口和一支路接口之间，用于所述功分网络的各支路接口和相应所述天线单元的馈线之间的信号耦合。
根据本发明的一个实施例，所述耦合槽的形状呈“1”字形或“I”字形。
根据本发明的一个实施例，所述天线阵列为行馈，各天线单元成行排列，所述耦合槽的长度方向和天线单元排列的行方向平行。
根据本发明的一个实施例，所述天线单元采用伞型振子形式的微带线结构。
根据本发明的一个实施例，所述功分网络为威尔金森功分器。
根据本发明的一个实施例，所述天线阵列介质层和监测网络介质层通过半固化片压合在一起。
根据本发明的一个实施例，还包括监测网络地板层，其设置在所述监测网络介质层背向于所述天线阵列介质层的表面上。
根据本发明的一个实施例，所述监测网络介质层和监测网络地板层通过半固化片压合在一起。
根据本发明的一个实施例，所述监测网络地板层上开设有电阻安装孔，用于贴片电阻的安装。
采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：将天线阵列设置在天线阵列介质层上，将监测网络设置在监测网络介质层上，通过层与层的相接实现天线阵列与监测网络的一体化，并通过板间耦合的方式实现信号的耦合，该集成结构可以实现信号的发射与接收，同时还能够对发射和接收的信号的能量进行监测，一体化的结构使得体积减小，可靠性增加，并且无需电缆或接插件实现信号的耦接，成本降低。
此外，还通过开设耦合槽，将天线单元的馈线耦接到监测网络的功分接口处，省去电缆或接插件的连接，加工方便，并且整体结构实现的天线性能优良。
附图说明
图1为本发明一个实施例的集成监测网络的天线结构的分解结构示意图；
图2为图1实施例的正面局部放大示意图；
图3为图1实施例的背面局部放大示意图；
图4为图1实施例的天线单元出口驻波曲线图；
图5为图1实施例的监测功分网络总口驻波曲线图；
图6为图1实施例的监测功分网络总口到各个天线单元插损幅度曲线图；
图7为图1实施例的监测功分网络总口到各个天线单元插损相位曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明解决了现有技术单元级监测网络和天线阵列间分离连接，而导致的组件及组件之间的电缆或接插件多、系统可靠性低的问题。还实现了板间耦合，在天线阵列的辐射层开设耦合槽，使得天线馈线中部分信号能够耦合到监测网络中，无需再通过电缆或接插件实现信号耦合连接，降低了系统成本，并且加工方便、易于实现且天线单元的性能优良，大大提高了系统集成度，是数字相控阵雷达的理想之选。下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
参看图1和图2，在本实施例中，集成监测网络的天线结构包括天线阵列介质层1和监测网络介质层2，用来制作各层的介质基材可以为任意能够耦合传输微波信号的介质材料，天线阵列介质层1和监测网络介质层2也可以分别称作天线阵列电路层和监测网络电路层。
天线阵列介质层1，其上表面设置有至少两个天线单元13，其下表面设置有各天线单元13的馈线12，天线单元13和馈线12例如是印刷形成在天线阵列介质层1上。作为优选的实施例，在图1中，天线阵列介质层1的上表面上设置有多个天线单元13，各天线单元13成行排列，形成为行馈结构，各天线单元13采用伞型振子形式，为微带线结构，参看图3，馈线12相应于天线单元13而设置在天线阵列介质层1的下表面，各馈线12和各天线单元13一一对应耦合。但是可以理解的天线单元13的具体形式也并非限制于伞型振子形式，在此仅作为一个优选的实施例，以便更好地描述本发明的结构及其性能。
监测网络介质层2设置在天线阵列介质层1的上表面，其背向于天线阵列介质层1的表面上设有功分网络22，功分网络22的各支路接口耦合连接相应天线单元13的馈线12，也就是功分网络22和天线单元13的馈线12不通过任何电缆或接插件相连接，而是通过板间耦合的方式传送信号。功分网络22具有多个支路接口，以及一个网络总口，信号可以通过支路接口汇合到网络总口输出，也可以通过网络总口接收从而分成多路相同信号通过支路接口输出。在图1和图2中，功分网络22为威尔金森功分器，为带状线结构，但是也并不限制于此，其他形式的功分网络也可以应用到本发明实施例中。
较佳的，天线阵列介质层1和监测网络介质层2可以通过半固化片(图中未示出)压合在一起，当然也可以通过其他粘合材料粘合起来。
集成监测网络的天线结构既能够发射和接收射频信号，又能够对信号进行监测，并且一体化的结构使得系统集成度高，省去天线阵列和监测网络的电缆或接插件等连接件，成本低，稳定性好。
参看图1和图2，天线阵列介质层1的上表面上开设有耦合槽11，耦合槽11的数目和需要引出信号监测的馈线12出口数目相同，各耦合槽11布置在一馈线12出口和一支路接口之间，用于功分网络22的各支路接口和相应天线单元13的馈线12之间的信号耦合，耦合槽11将馈线12出口的信号耦合到功分网络22的支路接口中。耦合槽11的形状呈“1”字形或“I”字形，天线阵列为行馈，各天线单元13成行排列，耦合槽11的长度方向和天线单元13排列的行方向平行，在图1和2中，耦合槽11的形状呈“I”字形，“I”字被倒放，使得高度字形高度方向平行于天线单元13排列的行方向上，因而看上去，类似一宽扁的“H”字形。
在本发明优选的实施例中，耦合槽11的尺寸如图2所示，其大小为4.2mm×2mm，其中各槽条宽度为0.2mm，具体尺寸可以根据实际需要进行配置。
采用耦合槽11实现板间信号耦合，无需再通过电缆或插接件连接馈线12出口和功分网络22，节省成本，信号稳定性高，并且使用时无需安装。
继续参看图1至图3，在本实施例中，集成监测网络的天线结构还包括监测网络地板层3，其设置在监测网络介质层2背向于天线阵列介质层1的表面上。
较佳的，监测网络介质层2和监测网络地板层3也可以通过半固化片压合在一起。
在一个优选的实施例中，参看图2，监测网络地板层3上开设有电阻安装孔31，用于贴片电阻21的安装，其具体尺寸例如可以为5mm×6mm，贴片电阻21用于安装到监测网络中，以提高监测网络各个支路接口之间的隔离度。
下面结合图4和图7，对图1实施例的集成监测网络的天线结构的性能进行详细的描述。
图4为图1实施例的天线单元的馈线出口驻波曲线图。其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表驻波VSWR(驻波比)幅度变量。如图所示，本实施例集成监测网络的天线结构的工作频带为2.8GHz～3.2GHz，各个天线单元的驻波VSWR在通带内小于1.5。
图5为图1实施例的监测功分网络22总口驻波曲线图，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表驻波VSWR幅度变量。如图所示，本实施例集成监测网络的天线结构的工作频带为2.8GHz～3.2GHz，监测网络的总口驻波VSWR在通带内小于1.5。
图6为图1实施例的监测功分网络22总口到各个天线单元13插损幅度曲线图，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表插损幅度变量，单位dB。如图所示，本实施例集成监测网络的天线结构的工作频带为2.8GHz～3.2GHz，监测功分网络22总口到各个天线单元13插损幅度范围为-39dB±2dB，幅度差起伏小于2dB。
图7为图1实施例的监测功分网络总口到各个天线单元插损相位曲线图，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表相位差幅度变量，单位度。如图所示，本实施例集成监测网络的天线结构的工作频带为2.8GHz～3.2GHz，监测功分网络22总口到各个天线单元13相位差小于10度。
由此可见，通过天线阵列和监测网络的一体化结构，并且通过开设耦合槽实现两者的信号耦合，不仅在结构上集成度高，在信号耦合传输方面，性能优良。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种集成监测网络的天线结构，包括：
天线阵列介质层，其上表面设置有至少两个天线单元，其下表面设置有耦接各所述天线单元的馈线；所述至少两个天线单元成行排列，形成行馈结构；
监测网络介质层，设置在所述天线阵列介质层的上表面，其背向于所述天线阵列介质层的表面上设有功分网络，所述功分网络具有多个支路接口以及一个网络总口，信号通过多个所述支路接口汇合到所述网络总口输出，或者通过所述网络总口接收从而分成多路相同信号通过多个所述支路接口输出；所述天线阵列介质层的上表面上开设有耦合槽，各所述耦合槽分别布置在一所述馈线的出口和一所述支路接口之间，用于多个所述支路接口和相应的所述馈线之间的信号耦合；
监测网络地板层，其设置在所述监测网络介质层背向于所述天线阵列介质层的表面上；所述监测网络地板层上开设有电阻安装孔，用于贴片电阻的安装，所述贴片电阻用于安装到所述功分网络中，以提高多个所述支路接口之间的隔离度。
2.如权利要求1所述的集成监测网络的天线结构，其特征在于，所述耦合槽的形状呈“1”字形或“I”字形。
3.如权利要求2所述的集成监测网络的天线结构，其特征在于，所述耦合槽的长度方向和天线单元排列的行方向平行。
4.如权利要求1所述的集成监测网络的天线结构，其特征在于，所述天线单元采用伞型振子形式的微带线结构。
5.如权利要求1所述的集成监测网络的天线结构，其特征在于，所述功分网络为威尔金森功分器。
6.如权利要求1所述的集成监测网络的天线结构，其特征在于，所述天线阵列介质层和监测网络介质层通过半固化片压合在一起。
7.如权利要求1所述的集成监测网络的天线结构，其特征在于，所述监测网络介质层和监测网络地板层通过半固化片压合在一起。
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