CN106785483A - 一种新的高隔离度波束共轴天线阵列 - Google Patents

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向龙凤
肖开奇
何俊岑
陈宏�
胡沙
樊博宇
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Abstract

本发明公开了一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，包括等间隔设置在安装基板上的天线组件阵列，其中：单个天线组件的发射天线的底层天线中心镂空短路，顶层天线固定安装在底层天线上方；接收天线采用叠层结构，底层天线耦合馈电激励，顶层天线为背馈激励。本发明满足了非线性探测系统的指标要求，解决了多频工作非线性探测天线匹配困难、方向图主瓣不重合、端口之间的隔离度低等问题。主要的效果为：不同频率的方向图主瓣重合，收发天线共载体，便于阵列规模化；不额外增加电路提高端口隔离度，端口隔离度优于35dB；耦合馈电及叠层结构，馈电结构简单；天线结构紧凑、加工工艺简单、造价低廉、易于产品化。

Description

一种新的高隔离度波束共轴天线阵列
技术领域
本发明涉及一种双频点波束共轴天线，特别是涉及一种非线性探测门。
背景技术
国外天线设计公司主要包括R&S、q-pad、ARA等，其代表了业界领先水平，目前其产品已应用航天、气象、广播电视、数据传输、组建无线扩频网等诸多领域。国内天线研发分布于各集团研究所，其擅长产品在航天、国防气象等领域，另外在广播电视、数据传输、组建无线扩频网等诸多领域也具有较高的技术水平。
传统的非线性探测系统一般采用多频工作，其天线一般采用开槽、枝节或多天线分离结构的线极化天线。然而，开槽、枝节方式将会导致天线增益较低，匹配困难；多天线分离结构导致不同频率的方向图主瓣不重合，体积大；端口之间的隔离度低，一般是十几分贝。综上所述，现有非线性探测系统中所采用的天线的缺点如下：1)不同频率的方向图主瓣不重合；2)隔离度低；3)极化效率低；4)体积较大等。
在非线性探测过程中，同一传输信道内可能存在很多不同频率成分的信号，当传输线、有源和无源器件的特性不良时，在通道中将会产生谐波信号，将该谐波信号称为系统寄生干扰信号，是系统的固有特征。非线性探测技术的基本原理是：利用电磁波照射非线性器件，接收非线性器件再辐射的二次、三次或更高次谐波分量，来达到检测目标的目的。因此，在非线性探测系统中，当发射通道本身存在的谐波信号以及发射基波信号直接耦合到接收通道，由接收通道的非线性效应而产生的谐波信号将会导致非线性探测系统虚警率急剧升高。这时，非线性探测系统天线设计显得尤为重要，需要通过优化非线性探测系统的天线设计，在保证信号有效照射的同时，增加天线间的端口隔离度来达到降低系统寄生干扰的影响。同时，非线性探测系统的天线组件小型化、轻量化、宽波束等要求对其设计的电气和结构也提出了更高的高求。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，采用高隔离度、高极化效率的非线性探测天线阵列，以满足近距离非线性探测天线高隔离度及非线性探测系统灵敏度的要求，拟解决的主要技术问题是，原非线性探测系统中采用的天线主瓣方向不重合，导致被测目标再辐射信号的随机性较大；天线端口隔离度低，基波信号进入接收天线引发接收通道寄生谐波干扰。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，包括等间隔设置在安装基板上的天线组件阵列，其中：单个天线组件的发射天线的底层天线中心镂空短路，顶层天线固定安装在底层天线上方；接收天线采用叠层结构，底层天线耦合馈电激励，顶层天线为背馈激励。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：采用一种高隔离度的非线性探测阵列天线，满足了非线性探测系统的指标要求，解决了多频工作非线性探测天线匹配困难、方向图主瓣不重合、端口之间的隔离度低等问题。主要的效果为：
1)不同频率的方向图主瓣重合，收发天线共载体，便于阵列规模化。
2)不额外增加电路提高端口隔离度，端口隔离度优于35dB。
3)耦合馈电及叠层结构，馈电结构简单。
4)天线结构紧凑、加工工艺简单、造价低廉、易于产品化。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为多频段天线组件的结构示意图。
具体实施方式
本发明主要针对发射信号频率为f1和f2，接收信号频率为f1+f2和f1+2f2的谐波探测系统，设计一种新型天线阵列，包含两个部分：发射天线和接收天线：
1、发射天线采用底层天线(工作频率为f1)中心镂空短路，顶层天线(工作频率为f2)通过非金属支撑，安装固定在底层天线上方，这时可实现双频段方向图主瓣重合。
2、接收天线采用叠层结构，底层天线(工作频率为f1+f2)耦合馈电激励，顶层天线(工作频率为f1+2f2)为背馈激励，同时实现双频工作。
3、优化多天线布局，通过提高天线阵列端口之间的隔离度，减小收发天线之间的信号串扰，利于天线阵列的扩展，扩大谐波探测系统的探测区域。
4、采用非金属结构件安装固定天线，结构布局紧凑，同时可减小天线本身的非线性效应。
以下将结合附图对本发明的天线阵列进行详细的说明：
本天线阵列采用的多频段天线组件的结构如图1所示，包括：输出端口1、第一输入端口2、第二输入端口3、第一微带天线4、第二微带天线5、第三微带天线6、支撑柱7、底板8等，其中：
输出端口1的芯线焊接在第一微带天线4的上层贴片上，法兰与第一微带天线4的地板焊接，第一微带天线4通过非金属螺钉安装固定在底板8上。
第一输入端口2的芯线焊接在第二微带天线5的贴片上，法兰与第二微带天线5的地板焊接。第二输入端口3芯线焊接在第三微带天线6的贴片上，法兰与第三微带天线6的地板焊接。
第二微带天线5通过支撑柱7安装在第三微带天线6上，第三微带天线6通过非金属螺钉安装固定在底板8上。
工作频率为S、X波段的四个频段的天线组件，长度160mm，宽度90mm，高度11mm，天线驻波比小于2，每个频段的天线波束宽度大于60°，隔离度大于35dB。
将图1中的天线组件以L(L≤35cm)的间隔等距排布在安装基板上，单个天线组件实现L范围内的基波信号发射与谐波信号接收。整个天线阵列可实现H(H＝L*n，其中n为天线组件的个数)范围内的非线性探测。
本发明的工作原理：本发明是高隔离度非线性探测天线的一种设计方法，基本工作原理为射频信号通过第一输入端口2进入圆极化第二微带天线5，通过第二输入端口3进入中心镂空短路圆极化第三微带天线6，第二微带天线5和第三微带天线6通过四个非金属支撑柱7安装固定。发射信号照射被测目标，再辐射出的谐波分量，经由双频圆极化第一微带天线4接收，通过输出端口1输出射频信号。第二微带天线5和第三微带天线6共轴分布，保证辐射方向图主瓣的重合，任意两天线间具有高隔离度。

Claims (10)

1.一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，其特征在于：包括等间隔设置在安装基板上的天线组件阵列，其中：单个天线组件的发射天线的底层天线中心镂空短路，顶层天线固定安装在底层天线上方；接收天线采用叠层结构，底层天线耦合馈电激励，顶层天线为背馈激励。
2.根据权利要求1所述的一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，其特征在于：所述顶层天线通过非金属支撑固定安装在底层天线上方。
3.根据权利要求1所述的一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，其特征在于：所述发射天线和接收天线均设置在底板上。
4.根据权利要求3所述的一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，其特征在于：所述接收天线包括输出端口和固定安装在底板上的第一微带天线，其中：输出端口的芯线焊接在第一微带天线的上层贴片上，法兰与第一微带天线的地板焊接。
5.根据权利要求4所述的一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，其特征在于：第一微带天线通过非金属螺钉固定在底板上。
6.根据权利要求4所述的一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，其特征在于：所述第一微带天线为双频圆极化微带天线。
7.根据权利要求3所述的一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，其特征在于：所述发射天线包括第一输入端口、第二输入端口、第二微带天线和固定安装在底板上的第三微带天线，其中：第一输入端口的芯线焊接在第二微带天线的贴片上，法兰与第二微带天线的地板焊接；第二输入端口芯线焊接在第三微带天线的贴片上，法兰与第三微带天线的地板焊接；第二微带天线通过支撑柱安装在第三微带天线上。
8.根据权利要求7所述的一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，其特征在于：第三微带天线通过非金属螺钉固定在底板上。
9.根据权利要求7所述的一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，其特征在于：所述支撑柱为非金属支撑柱。
10.根据权利要求7所述的一种新的高隔离度波束共轴天线阵列，其特征在于：所述第一微带天线和第二微带天线为圆极化微带天线。
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