CN106711597A - 一种集成幅相监测网络的印刷振子阵列天线模块 - Google Patents

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丛友记
朱平
卢青
江文
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Abstract

本发明涉及一种无线电波接收、发射用集成幅相监测网络的印刷振子阵列天线模块，该模块包含阵列天线与幅相监测网络两部分。其中阵列天线是由带有寄生条带的双面印刷振子天线单元构成，而内监测网络是带状线与微带线的公共地开耦合孔的形式。本发明中的天线模块具有结构紧凑、交叉极化电平低、宽角匹配、宽角扫描等特点，解决了天线单元交叉极化电平分量偏大、幅相监测网络结构复杂的问题，可以广泛应用于雷达或者通信系统中，特别适用于现代数字相控阵雷达系统中。

Description

一种集成幅相监测网络的印刷振子阵列天线模块
一技术领域
本发明属于雷达天线技术领域，涉及一种集成幅相监测网络的印刷振子阵列天线模块。
二背景技术
本发明应用于现代数字相控阵雷达系统，现代数字相控阵雷达要求天线模块应具备宽角匹配、宽角扫描、低交叉极化电平以及幅相监测的特点与功能。印刷振子天线由于结构简单、性能优异、加工容易成为首选。但是印刷振子天线在E面扫描时会出现扫描盲点，影响其宽带扫描特性，一般采用加寄生杆的方法来消除扫描盲点，但是在大型相控阵中，由于寄生杆的数量众多，导致重量增加且安装复杂，在应用中受到一定的限制。文献(官伟，孙绍国，X波段宽带微带偶极子天线，火控雷达技术，第41卷第1期，2012年3月：63-66.)，将寄生杆改进成寄生条带与偶极子印刷在共面上，解决了寄生杆安装困难重量偏大的弊端，但是该形式的天线单元具有交叉极化偏大的问题。文献(万涛，王风，一种带状线馈电的新型宽带印刷偶极子天线，电子测量技术，第30卷第12期，2007年12月：22-25.)采用双面印刷振子形式，其交叉极化电平得到了很好的抑制，但是由于寄生条带的缺失，该单元形式的宽角扫描能力受到限制。幅相监测与天线单元集成模块的形式，相关文献不多。文献(彭勇，万长宁，吴鸿超，夏琛海，与耦合线一体化设计的宽带宽角天线单元，现代雷达，第36卷第9期，2014年9月：54-57.)将幅相监测网络与天线单元集成，具有结构紧凑的特点。该天线单元的E面方向图的展宽功能的实现采用的是安装于天线反射板上的寄生金属杆，安装复杂重量较重，且该幅相监测网络尺寸较为庞大。
综上所述，目前将幅相监测网络与印刷振子天线集成还没有较好的解决方案。本发明采用了双面印刷振子的天线单元形式降低了交叉极化电平分量，采用了印刷寄生条带的形式增强了天线宽角扫描能力，采用微带线与带状线间公共地开孔的形式实现了幅相监测网络的功能，整个天线模块具有结构简单且电讯性能良好的特点。
三发明内容
针对现有的技术缺点，本发明的目的在于提供一种集成幅相监测网络的印刷振子阵列天线模块，提高天线扫描能力的同时实现幅相监测功能。具体的结构设计方案如下：
一种集成幅相监测网络的印刷振子阵列天线模块，包括了印刷振子阵列天线、幅相监测网络两部分。
所述的印刷振子阵列天线由双面振子天线单元构成，天线单元采用了带状线形式的巴伦馈电；天线单元的左右两侧及顶部各引入一条寄生条带，所有寄生条带均位于双面振子天线介质板的夹层中，将天线单元顶部没有寄生条带的部分介质切除。
所述的幅相监测网络位于阵列天线侧面，采用了在天线馈电带状线与幅相监测耦合微带线的公共地开耦合孔的方式。
本发明与现有技术方法相比，其有益效果是：
①本发明中的阵列天线单元采用了E面与H面寄生条带形式，拓宽了天线宽角匹配与宽角扫描能力的同时降低了整个天线重量，且寄生条带位于介质板夹层之间有利于增强天线的环境适应能力。
②本发明中的幅相监测网络采用了微带与带状线之间公共地开耦合孔的方式，其幅相监测网络位于天线辐射单元一侧，体积与重量均大幅减小，具有结构简单，加工简便的特点。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
四附图说明
图1是本发明所述阵列天线模块整体外观示意图。1是印刷振子阵列天线，2是幅相监测网络。
图2是本发明所述天线单元结构示意图。3是天线振子臂，4是H面寄生条带，5是E面寄生条带，6是馈电巴伦。
图3是幅相监测网络结构示意图。7是耦合孔，8是带状线，9是微带线。
图4是阵中天线单元有源电压驻波比。
图5是天线单元E面主极化方向图与交叉极化方向图。
图6是天线单元H面主极化方向图与交叉极化方向图。
图7是幅相监测网络的各端口耦合量图。
五具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明做进一步的描述。
本发明一实施例为如图1所示的整体天线模块示意图，该模块由印刷振子阵列天线1与幅相监测网络2组成。
印刷振子天线单元结构示意图参见图2，该天线单元由振子臂3，H面寄生条带4，E面寄生条带5，馈电巴伦6以及介质板组成。振子臂是在介质板上双面印刷，这样可以更好地抑制交叉极化电平。H面寄生条带4，E面寄生条带5以及馈电巴伦6位于天线介质板的中间夹层中，以增强天线单元的三防能力。E面寄生条带采用打金属化孔的方式与双面振子的地电连接。H面寄生条带4，E面寄生条带5距介质板边缘一定距离，以保护寄生条带。介质板切除了无寄生条带与振子臂的空白部分，减轻了天线模块的重量。
如图3所示，方框内是模块的幅相监测网络部分。幅相监测网络位于阵列天线侧面，主要由微带线(耦合线)9，带状线(天线巴伦)8以及耦合孔7构成。其中耦合孔7位于微带线9与带状线8中间的公共地上，这种耦合属于弱耦合方式，耦合量在频带内约为-33dB，该耦合量可以根据实际需要改变耦合孔大小调节。图7给出了频带内某一模块各耦合通道的实测耦合量的大小。
为了获得天线单元的阵中特性，将7条天线模块组成7×8规模的小面阵。图4是阵中天线单元的无源电压驻波比，在25％的频带内该天线单元的无源驻波比均低于1.8，该天线单元具有良好的宽带特性。图5、图6是中心频点f0处天线单元的辐射特性，分别是E面与H面的主极化与交叉极化辐射方向图。可以看出由于寄生条带的应用，E面与H面的阵中单元方向图3dB波宽均达到了100°以上，具有良好的宽角扫描能力。天线单元的交叉极化电平较低，E面与H面的交叉极化电平相对主极化电平能够达到了-35dB以上，且在组阵后该交叉极化电平还能进一步降低。

Claims (2)

1.一种集成幅相监测网络的印刷振子阵列天线模块，包括印刷振子阵列天线、幅相监测网络两部分，其特征在于：
所述的印刷振子阵列天线由双面振子天线单元构成，双面振子天线单元采用带状线形式的巴伦馈电；
所述的双面振子天线单元的左右两侧各引入一条寄生条带，该寄生条带位于双面振子天线介质板的夹层中，寄生条带采用金属化过孔的方式与双面振子电连通；
所述的双面振子天线单元在振子臂正上方引入一条寄生条带，位于双面振子天线介质板的夹层中；
所述的双面振子天线单元将天线顶部无印刷振子与寄生条带的空白部分介质切除；
所述的幅相监测网络位于印刷振子阵列天线的侧面，采用了在天线馈电带状线与幅相监测耦合微带线的公共地开耦合孔的方式实现。
2.根据权利要求1所述的一种集成幅相监测网络的印刷振子阵列天线模块，其特征在于：天线单元的寄生条带分别距天线单元介质板的边缘一定距离。
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