CN105490005A - Ku波段圆极化介质天线单元及阵列 - Google Patents

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赵交成
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Abstract

本发明涉及一种Ku波段圆极化介质天线单元及阵列，包括介质棒天线、表面波抑制板、定位安装板和铁氧体移相器。使用这种天线单元的两维相控阵可以实现两维大角度圆极化扫描而不产生盲区，解决这一任务的方式是在定位安装板上设置表面波抑制板。这种Ku波段圆极化介质天线单元具有交叉极化低、尺寸小、结构稳定、加工简单等优点，特别适合应用于两维相扫圆极化阵列天线中。

Description

Ku波段圆极化介质天线单元及阵列
技术领域
本发明涉及一种Ku波段圆极化介质天线单元，可用于雷达、无线通信等领域，特别适合应用于低成本两维大角度扫描的阵列天线系统。
背景技术
相控阵天线具有天线波束快速扫描、波束控制灵活等优点，代表了雷达天线的发展方向。为实现大角度扫描的要求，阵列辐射单元间距必须小，小的单元间距会增加单元间的耦合，随之带来扫描盲区问题。相控阵实现扫描必须要解决阵列扫描盲区问题，盲区现象是由辐射单元互耦引起的，在某些扫描角上可使天线无辐射功率，与这一结果相伴的是阵列中辐射单元上的有源电压驻波比很大。天线圆极化特性可以接收目标的线极化和椭圆极化方式的电磁波，目前研究和报道的圆极化天线大多作为孤立天线或者不扫描阵列天线单元使用，而可用作两维相控阵辐射单元的天线大多只能满足线极化要求，因此需要设计一种尺寸小、加工简单、可用作两维大角度扫描圆极化相控阵辐射单元的天线。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术中Ku波段天线进行两维大角度扫描产生扫描盲区的不足之处，本发明提出一种Ku波段圆极化介质天线单元及阵列。
技术方案
一种Ku波段圆极化介质天线单元，包括介质棒天线、表面波抑制板、定位安装板和铁氧体移相器；所述的介质棒天线下半部分形状为圆柱体，上半部分形状为圆锥台，所述的定位安装板为开有圆形通孔的金属板，所述的表面波抑制板为开有方形通孔的金属板，介质棒天线穿过表面波抑制板安装在定位安装板内，介质棒天线的底部与铁氧体移相器相连。
所述的介质棒天线选用介电常数εr＝9.5的微波陶瓷介质。
所述的表面波抑制板为2.5mm厚铝板。
所述的定位安装板为开有8mm×8mm方形通孔的1mm厚铝板。
一种Ku波段圆极化介质阵列天线，包括等间距排列的N*M个Ku波段圆极化介质天线单元。
有益效果
本发明提出的一种Ku波段圆极化介质天线单元及阵列，通过表面波抑制板实现两维大角度无盲区圆极化扫描，天线圆极化特性可以接收目标的线极化和椭圆极化方式的无线电波，在剧烈摆动或滚动的飞行器上装置圆极化天线，可以在任何状态下都能收到信号，这种形式结构稳定、加工简单、尺寸小，非常适合用于大规模相控阵。
附图说明
图1为Ku波段圆极化介质天线单元的结构图
图2为Ku波段圆极化介质天线单元的介质棒天线结构示意图
图3为Ku波段圆极化介质天线单元的实物照片
图4为Ku波段圆极化介质天线单元的驻波曲线
图5为Ku波段圆极化介质天线单元去掉表面波抑制板的驻波曲线
图6为Ku波段圆极化介质天线单元的方向图
具体实施方式
Ku波段圆极化介质天线单元包括介质棒天线1、表面波抑制板2、定位安装板3和铁氧体移相器4。介质棒天线作为天线辐射本体选用介电常数εr＝9.5的微波陶瓷介质，上半部分形状为圆锥台，下半部分形状为圆柱体，底部与铁氧体移相器用高强度高频导电胶粘接，保证接触面贴合紧密。定位安装板为开有圆形通孔的1mm厚铝板，在相控阵中对每个介质棒天线起到精确的定位安装作用。表面波抑制板为开有8mm×8mm方形通孔的2.5mm厚铝板，通过导电胶粘接或者螺钉固定在定位安装板上面，可以有效的抑制表面波，保证天线扫描时无大的驻波点产生，实现两维±45°扫描。
本发明设计频段为Ku波段13.5GHz～14.5GHz，结合上述附图，通过实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明的Ku波段圆极化介质天线单元包括介质棒天线、表面波抑制板、定位安装板和铁氧体移相器。介质棒天线作为天线辐射本体选用介电常数εr＝9.5的微波陶瓷介质，上半部分锥削段形状为圆锥台，下半部分直段形状为圆柱体，底部与铁氧体移相器用高强度高频导电胶粘接，保证接触面贴合紧密，如图2所示，介质棒天线尺寸为D1＝4.0mm，D2＝5.5mm，h1＝9mm，h2＝4mm。来自铁氧体移相器的电磁波将在天线中传输，同时将集中在介质区域中的束缚波能量转换成自由空间中的电磁波能量，介质棒天线的锥削段可减小由不连续性突变引起的反射。
定位安装板为开有圆形通孔的1mm厚铝板，圆孔直径比介质棒天线下半部分圆柱体直径大0.1mm，在相控阵中对每个介质棒天线起到精确的定位安装作用。表面波抑制板为开有8mm×8mm方形通孔的2.5mm厚铝板，通过导电胶粘接或者螺钉固定在定位安装板上面。
图3为Ku波段圆极化介质天线单元的实物照片，图中天线单元两维等间距，单元间距为12mm。图4为阵列中心的介质天线单元的驻波曲线，三条曲线分别为高中低三个频点在0°到45°扫描时的驻波曲线，图5为没有安装表面波抑制板的阵列中心天线单元的驻波曲线，从图中可以看到没有安装表面波抑制板的介质天线单元出现了驻波很大的区域，即扫描盲区，而本发明天线单元驻波始终较小，没有扫描盲区。图6为阵列中心的介质天线单元的方向图，可以看到天线增益在±45°范围内比较平坦，波动小于3.3dB。

Claims (5)

1.一种Ku波段圆极化介质天线单元，其特征在于包括介质棒天线(1)、表面波抑制板(2)、定位安装板(3)和铁氧体移相器(4)；所述的介质棒天线(1)下半部分形状为圆柱体，上半部分形状为圆锥台，所述的定位安装板(3)为开有圆形通孔的金属板，所述的表面波抑制板(2)为开有方形通孔的金属板，介质棒天线(1)穿过表面波抑制板(2)安装在定位安装板(3)内，介质棒天线(1)的底部与铁氧体移相器(4)相连。
2.根据权利要求1所述的Ku波段圆极化介质天线单元，其特征在于所述的介质棒天线(1)选用介电常数εr＝9.5的微波陶瓷介质。
3.根据权利要求1所述的Ku波段圆极化介质天线单元，其特征在于所述的表面波抑制板(2)为2.5mm厚铝板。
4.根据权利要求1所述的Ku波段圆极化介质天线单元，其特征在于所述的定位安装板(3)为开有8mm×8mm方形通孔的1mm厚铝板。
5.一种Ku波段圆极化介质阵列天线，其特征在于包括等间距排列的N*M个权利要求1所述的Ku波段圆极化介质天线单元。
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