CN105356050B - 一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线，其特征在于，所述天线PCB板包括上天线PCB板和下天线PCB板，所述馈电PCB至少包括三层，所述天线PCB板的第一层为辐射单元，第二层为电磁耦合孔，第三层为微带馈线结构，所述上天线PCB板和下天线PCB板的沿水平中心线可调整天线阵列的角度，天线垂直方向可以产生若干固定波束，提高灵活度。每一个极化可以有两个馈点口，从而使用两路TR单独馈电，可以实现每列天线馈线方向64个单元，从而让更小的波束形成成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及微波电磁场领域，尤其涉及一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线。
背景技术
传统微带天线设计中，每列天线垂直方向只能产生一个固定波束，灵活度有限。并且现有微带天线大多为单极化天线，每个阵列的单极化之有一个馈电口，所有发射能量必须聚集在一起馈电，不利于大功率小型化TR的馈电。加上已有天线阵列线馈方向只有32的单元，无法增加数量以实现更窄的波束宽度。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线，极大降低系统的噪声系数，提升系统性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线，其特征在于，所述天线PCB板包括上天线PCB板和下天线PCB板，所述天线PCB板至少包括三层，所述天线PCB板的第一层为辐射单元，第二层为电磁耦合孔，第三层为馈线结构，所述馈线结构包括射频接头焊盘、与射频接头焊盘对应的馈电功分器和与馈电功分器连接的馈线，所述上天线PCB板和下天线PCB板能够绕水平中心线调整各子阵列与水平面之间的角度。
作为上述技术方案的改进，所述天线PCB板还设置有第四层，所述第四层为与第一层对应的反射体。
作为上述技术方案的改进，所述上、下天线PCB板以水平中心线上下对称。
作为上述技术方案的改进，所述电磁耦合孔是产生水平极化和垂直极化的两个相互垂直的H型电磁耦合孔。
作为上述技术方案的改进，其特征在于，所述射频接头焊盘包括垂直极化射频接头焊盘和水平极化射频接头焊盘，所述垂直极化射频接头焊盘和水平极化射频接头焊盘通过导线与对应的垂直极化馈电功分器和水平极化馈电功分器连接。
作为上述技术方案的改进，其特征在于，上天线PCB板和下天线PCB板馈电的位置设置在非各自天线PCB板的每列馈线的馈线方向的中心的位置。
作为上述技术方案的改进，上天线PCB板馈电的位置设置在水平中心线上方的第10个与第11个子天线之间，下天线PCB板馈电的位置设置在水平中心线下方的第10个与第11个子天线之间。
作为上述技术方案的改进，其特征在于，所述水平极化馈电功分器左右两路的馈线为不等长。
作为上述技术方案的改进，所述上天线PCB板与下天线PCB板中的垂直极化相位差为180°。
作为上述技术方案的改进，所述上天线PCB板和下天线PCB板的各自垂直极化馈电功分器左右两路的馈线不等长，相位差为180°。
本发明的有益效果有：
本发明一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线，所述天线PCB板包括上天线PCB板和下天线PCB板，上天线PCB板和下天线PCB板的沿水平中心线可调整天线阵列的角度，天线垂直方向可以产生若干固定波束，提高灵活度。
每一个极化可以有两个馈电口，从而使用两路TR单独馈电，可以实现每列天线馈线方向64个单元，从而让更小的波束形成成为可能。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，其中：
图1是本发明实施例的天线PCB板工作原理示意图
图2是本发明实施例的天线PCB板第一层辐射单元结构示意图；
图3是本发明实施例的上天线PCB板第二层结构示意图；
图4是本发明实施例的天线PCB板第三层馈线结构示意图；
图5为本发明实施例的电磁耦合孔的放大示意图；
图6为本发明实施例的SMP焊盘接头和对应的馈电功分器放大示意图。
1是辐射单元；2是电磁耦合孔；3是极化之一水平极化的馈电功分器；4是水平极化单元间馈线；5是水平极化SMP直连PCB的射频接头焊盘；6是垂直极化电磁耦合孔；7是垂直极化单元间馈线；8是垂直极化馈电功分之路一；9是垂直极化馈电功分之路二；10是垂直极化SMP直连PCB的射频接头焊盘；11是第二子阵列垂直极化馈电工分之路；12是第二子阵列垂直极化馈电射频接头焊盘。
具体实施方式
参见图1、2、3和图4，本发明的一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线，其特征在于，所述天线PCB板包括上天线PCB板和下天线PCB板所述天线PCB板至少包括三层，所述天线PCB板的第一层为辐射单元1，第二层为电磁耦合孔2和6，第三层为馈线结构，所述馈线结构包括射频接头焊盘5和10、与射频接头焊盘5和10对应的馈电功分器和与馈电功分器3连接的馈线4和7，所述上天线PCB板和下天线PCB板能够绕水平中心线调整各子阵列与水平面之间的角度，天线垂直方向可以产生若干固定波束，提高灵活度。
最优实施方式作为上述技术方案的改进，所述天线PCB板还设置有第四层，所述第四层为与首层对应的反射体。天线PCB板第四层与第三层之间介质为低损耗的硬质泡沫。
所述每列天线的辐射单元至少为4个，阵列的水平和垂直间距为1/4X-X波长。本发明辐射单元阵列为18×64，阵列水平方向和垂直间距约为1/2X波长，约为1.7cm，从而让更小的波束形成成为可能。图2中，以馈线方向为垂直方向，与馈线垂直的方向为水平方向，本发明中方向以此坐标为准，这里的X表示波长的值。
进一步参考图5，所述电磁耦合孔2和6是产生水平极化和垂直极化的两个相互垂直的H型电磁耦合孔。本发明具体实施例分别为水平极化电磁耦合孔2和垂直极化电磁耦合孔6。
进一步参考图6，,所述射频接头焊盘分为水平极化射频接头焊盘5和垂直极化射频接头焊盘10，上天线PCB板和下天线PCB板馈电的位置设置在不对称的位置，这里对称的位置是指各自天线PCB板的每列馈线的馈线方向的中心的位置。本发明最优选实施例子，上天线PCB板馈电的位置设置在水平中心线上方的第10个与第11个子天线之间，下天线PCB板馈电的位置设置在水平中心线下方的第10个与第11个子天线之间，这里水平中心线指的是如图4中两个子阵列之间的空白轴线。
所述垂直极化馈电功分器左右两路的馈线4和7为不等长。所述上天线PCB板和下天线PCB板中的垂直极化相位差为180°。所述每个天线PCB板的垂直极化馈电功分器左右两路的馈线不等长，相位差为180°。所述馈线4和7都是经过电磁耦合孔中心下方，为了降低对表面电流及单个辐射单元阻抗的影响，馈线及馈电的不规则结构区域应尽量远离耦合孔。
水平极化射频信号传输工作原理为，当系统传输水平极化信号时，射频信号通过SMP接头传输到水平极化天线入口，水平极化的馈电功分器3将其等相位，不等幅分成左右两个之路，并通过U型折弯实现与天线的阻抗匹配，到达电磁耦合孔2下方的部分电磁能量将通过耦合孔而将传递给上层辐射单元1，而剩余能量将持续传递给单元模块间馈线4为后续单元提供能量。耦合到辐射单元1上的能量将激发对应水平极化的(即单元上下边缘壁)的电磁谐振，从而将电磁能转换为空间自由传输的水平极化电磁场。同样原理应用于上下子阵列，当上下收发机等幅等相位馈电时，天线方向图将叠加构成一个独立波束。
当系统传输垂直极化信号时，射频信号通过SMP接头传输到垂直极化天线入口，垂直极化的馈电功分器将信号能量分上下两个支路，其蛇形不等长设计使得左右之路相位差180°，有效保证信号在空间的正相叠加。到达电磁耦合孔6下方的部分电磁能量将通过耦合孔而将传递给上层辐射单元1，而剩余能量将持续传递给单元模块间馈线7为后续单元提供能量。耦合到辐射单元1上的能量将激发对应垂直极化的谐振边缘(即单元左右边缘壁)的电磁谐振，从而将电磁能转换为空间自由传输的垂直极化电磁场。同样原理应用于上下子阵列，当上下收发机等幅等相位馈电时，由于下方子阵列本身馈线与上方相差180°，用于抵消方向相反的极化，从而天线方向图将同相叠加构成一个独立波束。
当上下两个子阵列围绕水平中心线旋转一个固定角度时，在以上馈电信号不改变的状态下，这个天线的波束宽度将被对应拓宽，以实现多功能雷达所需要的垂直可变波束之功能。
以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线，其特征在于，所述天线PCB板包括上天线PCB板和下天线PCB板，所述天线PCB板至少包括三层，所述天线PCB板的第一层为辐射单元，第二层为电磁耦合孔，第三层为馈线结构，所述馈线结构包括射频接头焊盘、与射频接头焊盘对应的馈电功分器和与馈电功分器连接的馈线，所述上天线PCB板和下天线PCB板能够绕水平中心线调整各子阵列与水平面之间的角度，所述射频接头焊盘包括垂直极化射频接头焊盘和水平极化射频接头焊盘，所述垂直极化射频接头焊盘和水平极化射频接头焊盘通过导线与对应的垂直极化馈电功分器和水平极化馈电功分器连接，上天线PCB板和下天线PCB板馈电的位置设置在非各自天线PCB板的每列馈线的馈线方向的中心的位置，上天线PCB板和下天线PCB板的馈线分别包括32个子天线，上天线PCB板馈电的位置设置在水平中心线上方的第10个与第11个子天线之间，下天线PCB板馈电的位置设置在水平中心线下方的第10个与第11个子天线之间。
2.根据权利要求1所述的一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线，其特征在于，所述天线PCB板还设置有第四层，所述第四层为与第一层对应的反射体。
3.根据权利要求1所述的一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线，其特征在于，所述上、下天线PCB板以水平中心线上下对称。
4.根据权利要求1所述的一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线，其特征在于，所述电磁耦合孔是产生水平极化和垂直极化的两个相互垂直的H型电磁耦合孔。
5.根据权利要求1所述的一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线，其特征在于，所述水平极化馈电功分器左右两路的馈线为不等长。
6.根据权利要求1所述的一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线，其特征在于，所述上天线PCB板与下天线PCB板中的垂直极化相位差为180°。
7.根据权利要求1所述的一种可变定向波束双阵列合成微带阵列天线，其特征在于，所述上天线PCB板和下天线PCB板的各自垂直极化馈电功分器左右两路的馈线不等长，相位差为180°。
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