CN107317105B - 一种宽带紧耦合天线模块及宽带紧耦合天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线微波天线技术领域，特别涉及一种宽带紧耦合天线模块及宽带紧耦合天线阵列。宽带紧耦合天线阵列由至少两个宽带紧耦合天线模块构成，宽带紧耦合天线模块构成包括由上至下依此层叠的第一微波介质板、第二微波介质板、第一电路层、第三微波介质板、第二电路层、第四微波介质板以及第三电路层；第二电路层包括两个振子臂，两个振子臂的相向的一端之间具有间隔，两个振子臂用于分别接收馈电结构传递的等幅反相的激励，以在振子臂上形成电流。本发明的宽带紧耦合天线模块及宽带紧耦合天线阵列，利用单元间紧密排布引入的耦合来抵消地板引入的电抗实现宽带紧耦合天线阵列，具有低剖面、小体积、重量轻、成本可控特点。

Description

一种宽带紧耦合天线模块及宽带紧耦合天线阵列

技术领域

本发明涉及微波天线技术领域，特别涉及一种宽带紧耦合天线模块及宽带紧耦合天线阵列。

背景技术

现代作战系统中，雷达、导航、敌我识别、通信和电子战等电子设备的增加不但要消耗大量的能源，占据更多的空间，而且削弱了作战平台的机动能力，增加了雷达目标反射面积，降低了现代电磁环境中武器装备系统的抗干扰能力和作战效能。

解决上述问题的有效途径就是实现雷达、导航、敌我识别、电子战、通信等电子设备的孔径共享。天线孔径共享势必要求天线带宽覆盖范围广，这就急切要求开展宽带天线技术的研究，提高各功能系统间天线的共用度，最终达到减少作战平台上的天线数量、减小电子系统复杂度、提高电子系统可靠性的目的。

为了满足射频孔径综合对天线阵面孔径复用的需求，宽带一体化辐射阵列天线的带宽需求显著提升，这给天线阵列的电性能设计、结构设计带来很大的挑战。其中，天线阵列是电磁波与空间过渡的等效匹配电路，其宽带化设计是整个课题的重要内容。

传统宽带相控阵天线设计方法首先要求设计出满足宽频带要求的孤立天线单元，再将该宽带阵列天线单元进行组阵，并通过补偿或减弱阵元间的互耦效应等技术措施，使得该阵元在阵列环境中同样具有宽频带特性。但是，上述传统宽带相控阵天线设计方法中，会在地板引入的电抗，从而使得天线阻抗不稳定，无法实现宽频带阻抗带宽。

发明内容

本发明的目的是提供了一种宽带紧耦合天线模块及宽带紧耦合天线阵列，以解决现有宽带紧耦合天线阵列存在的至少一个问题。

本发明的技术方案是：

一种宽带紧耦合天线模块，包括由上至下依此层叠的：

第一微波介质板；

第二微波介质板；

第一电路层，位于所述第一微波介质板与所述第二微波介质板之间；

第三微波介质板；

第二电路层，位于所述第二微波介质板与所述第三微波介质板之间，包括两个振子臂，两个所述振子臂的相向的一端之间具有间隔，两个所述振子臂的相背的一端分别沿同一预定直线方向延伸至所述第三微波介质板边缘，两个所述振子臂用于分别接收馈电结构传递的等幅反相的激励，以在所述振子臂上形成电流；

第四微波介质板；

第三电路层，设置在所述第四微波介质板(14)的下表面。

可选的，所述第一微波介质板、第二微波介质板、第三微波介质板以及第四微波介质板截面形状相同，均呈矩形。

可选的，所述预定直线方向是沿垂直所述第三微波介质板的两条平行边的边长方向。

可选的，所述第一电路层截面呈矩形，所述第一电路层中的两条平行边与所述第二微波介质板的两条平行边相平行，且边长相等，所述第一电路层的两条平行边垂直于所述预定直线方向；

所述第一电路层的另外两条平行边的长度小于与所述第二微波介质板的另外两条平行边的边长；

所述第一电路层在所述第二微波介质板下表面的投影位于所述第二微波介质板下表面的中间位置。

可选的，所述第二电路层的截面面积小于所述第三微波介质板截面面积。

本发明还提供了一种宽带紧耦合天线阵列，其特征在于，由至少两个宽带紧耦合天线模块按照阵列方式排布组成，且在所述第二电路层的两个振子臂的延伸方向上至少有两个所述两个宽带紧耦合天线模块，且所述宽带紧耦合天线模块采用上述任一项所述的宽带紧耦合天线模块；其中

在两个相邻的宽带紧耦合天线模块中，是在其中一个所述宽带紧耦合天线模块的振子臂与另一个所述宽带紧耦合天线模块上相邻的振子臂之间形成电流，并在相邻的两个所述第一电路层之间的空间部分形成等效磁偶极子。

可选的，任意相邻的两个所述宽带紧耦合天线模块为一体成型构件。

可选的，所述等效磁偶极子呈长槽形。

发明效果：

本发明的宽带紧耦合天线模块及宽带紧耦合天线阵列，利用单元间紧密排布引入的耦合来抵消地板引入的电抗实现宽带紧耦合天线阵列，具有低剖面、小体积、重量轻、成本可控特点；另外，具有可一体化印制加工的优势，可大批量应用于各种宽带天线系统。

附图说明

图1是本发明单个宽带紧耦合天线模块的结构示意图；

图2是本发明单个宽带紧耦合天线模块中第二微波介质板部分的结构示意图；

图3是本发明单个宽带紧耦合天线模块中第三微波介质板部分的结构示意图；

图4是本发明一实施例中两个宽带紧耦合天线模块构成的宽带紧耦合天线阵列的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1至图2对本发明宽带紧耦合天线模块及具有其的天线阵列做进一步详细说明。

本发明提供了一种宽带紧耦合天线模块，包括通过半固化片热压成型方式由上至下依此层叠的第一微波介质板11、第二微波介质板12、第一电路层21、第三微波介质板13、第二电路层22、第四微波介质板14以及第三电路层23。

本发明的宽带紧耦合天线模块中，四层微波介质板加工前为有印制电路的介质板。具体地，第一微波介质板11是将上下电路层都被刻蚀掉，形成无印制电路介质板；第一微波介质板11的结构形状可以根据需要进行适合的选择，其截面可以是矩形或圆形等，本实施例中，如图1所示，优选第一微波介质板11截面呈矩形。

同样，在本实施例中，优选第二微波介质板12、第三微波介质板13以及第四微波介质板14的横截面形状相同，均呈矩形；且第二微波介质板12、第三微波介质板13以及第四微波介质板14有印制电路。

具体地，在第一微波介质板11与第二微波介质板12之间且位于第二微波介质板12上表面，刻蚀得到第一电路层21。

第一电路层21形状、具体位置同样可以根据需要进行适合的选择，如图2所示，本实施例中，优选第一电路层21的截面呈矩形；第一电路层21中的两条平行边与第二微波介质板12的两条平行边相平行，且边长相等；另外，第一电路层21的两条平行边垂直于预定直线方向；进一步，第一电路层21的另外两条平行边的长度小于与第二微波介质板12的另外两条平行边的边长；并且，第一电路层21在第二微波介质板12下表面的投影位于第二微波介质板12下表面的中间位置。特别如图2所示，其中，区域A为金属，区域B为介质，区域A宽度为p＝0.3mm～100mm。需要说明的是，上述预定直线方向是优选沿垂直第三微波介质板13的两条平行边的边长方向。

本发明的宽带紧耦合天线模块中，在第二微波介质板12与第三微波介质板13之间且位于第三微波介质板13上表面，刻蚀得到第二电路层22。

第二电路层22形状、具体位置同样可以根据需要进行适合的选择；如图3所示，本实施例中，第二电路层22可以包括两个振子臂3，其中振子臂可以为多种形状，板装、线状等等，本实施例采用图3所示的，一端宽另一端相对窄的形状，由宽边逐渐向窄边过度。两个振子臂3的相向的一端之间具有间隔，间隔的投影位于第一电路层上；两个振子臂3的相背的一端分别沿同一预定直线方向延伸至第三微波介质板13边缘，且两个振子臂3用于分别接收现有馈电结构传递的等幅反相的激励，以在振子臂3上形成电流。进一步，优选第二电路层22的截面面积小于第三微波介质板13截面面积。特别如图3所示，区域C为金属，区域D为介质，所说的区域C宽边长度为q＝0.4mm～90mm。另外，优选第二电路层22的截面面积小于第三微波介质板13截面面积。

本发明的宽带紧耦合天线模块中，在第四微波介质板14的整个下表面刻蚀得到第三电路层23，且第三电路层23形成整个电路中的地。

本发明的宽带紧耦合天线模块具有小体积、重量轻、成本可控特点。

进一步，本发明还提供了一种宽带紧耦合天线阵列，由至少两个宽带紧耦合天线模块按照阵列方式排布组成，且在第二电路层(21)的两个振子臂3的延伸方向上至少有两个两个宽带紧耦合天线模块，且宽带紧耦合天线模块采用上述的宽带紧耦合天线模块。需要说明的是，上述延伸方向可以是横向或纵向，但必须确保相邻的两个宽带紧耦合天线模块之间的四个振子臂都是沿预定直线方向(图4中由左至右的直线方向)布置。

在任意两个相邻的宽带紧耦合天线模块中，是在其中一个宽带紧耦合天线模块的振子臂3与另一个宽带紧耦合天线模块上相邻的振子臂3之间形成电流，并在相邻的两个第一电路层21之间的空间部分形成等效磁偶极子。

进一步，如图4所示，优选任意相邻的两个所述宽带紧耦合天线模块为一体成型构件，其中，相邻的两个宽带紧耦合天线模块中的相邻的振子臂相连接。且等效磁偶极子形状可以为多种适合的形状，本实施例优选为长槽形。

本发明的宽带紧耦合天线阵列中，在宽带紧耦合天线模块第三微波介质板13金属区域C的电流，在第二微波介质板12介质区域B及其附近空间产生电场，等效形成长槽形磁偶极子，磁偶极子产生宽带辐射。而长槽形磁偶极子采用缝隙间耦合形式增强互耦效应。

在传统宽带相控阵天线设计方法中，首先要求设计出满足宽频带要求的孤立天线单元，再将该宽带阵列天线单元进行组阵，并通过补偿或减弱阵元间的互耦效应等技术措施，使得该阵元在阵列环境中同样具有宽频带特性。本发明的宽带紧耦合天线阵列，则是利用单元间紧密排布引入的耦合来抵消地板引入的电抗，从而在一定范围内使得天线具有稳定的阻抗，以实现它的宽频带阻抗带宽。

综上所述，本发明宽带紧耦合天线阵列，具有低剖面、小体积、重量轻、成本可控特点，此外还具有可一体化印制加工的优势，可大批量应用于各种宽带天线系统。本发明宽带紧耦合天线阵列突破宽带紧天线技术瓶颈，实现宽带紧耦合天线阵列，为提高机载雷达多功能一体化及射频孔径综合能力奠定技术基础。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种宽带紧耦合天线模块，其特征在于，包括由上至下依此层叠的：

第一微波介质板(11)；

第二微波介质板(12)；

第一电路层(21)，位于所述第一微波介质板(11)与所述第二微波介质板(12)之间；

第三微波介质板(13)；

第二电路层(22)，位于所述第二微波介质板(12)与所述第三微波介质板(13)之间，包括两个振子臂(3)，两个所述振子臂(3)的相向的一端之间具有间隔，两个所述振子臂(3)的相背的一端分别沿同一预定直线方向延伸至所述第三微波介质板(13)边缘，两个所述振子臂(3)用于分别接收馈电结构传递的等幅反相的激励，以在所述振子臂(3)上形成电流；其中，所述预定直线方向是沿垂直所述第三微波介质板(13)的两条平行边的边长方向；

第四微波介质板(14)；

第三电路层(23)，设置在所述第四微波介质板(14)的下表面；

所述第一电路层(21)截面呈矩形，所述第一电路层(21)中的两条平行边与所述第二微波介质板(12)的两条平行边相平行，且边长相等，所述第一电路层(21)的两条平行边垂直于所述预定直线方向；

所述第一电路层(21)的另外两条平行边的长度小于与所述第二微波介质板(12)的另外两条平行边的边长；

所述第一电路层(21)在所述第二微波介质板(12)下表面的投影位于所述第二微波介质板(12)下表面的中间位置。

2.根据权利要求1所述的宽带紧耦合天线模块，其特征在于，所述第一微波介质板(11)、第二微波介质板(12)、第三微波介质板(13)以及第四微波介质板(14)截面形状相同，均呈矩形。

3.根据权利要求1所述的宽带紧耦合天线模块，其特征在于，所述第二电路层(22)的截面面积小于所述第三微波介质板(13)截面面积。

4.一种宽带紧耦合天线阵列，其特征在于，由至少两个如权利要求1至3任一项所述的宽带紧耦合天线模块按照阵列方式排布组成，且在第二电路层(22)的两个振子臂(3)的延伸方向上至少有两个所述两个宽带紧耦合天线模块；其中

在两个相邻的宽带紧耦合天线模块中，是在其中一个所述宽带紧耦合天线模块的振子臂(3)与另一个所述宽带紧耦合天线模块上相邻的振子臂(3)之间形成电流，并在相邻的两个所述第一电路层(21)之间的空间部分形成等效磁偶极子。

5.根据权利要求4所述的宽带紧耦合天线阵列，其特征在于，任意相邻的两个所述宽带紧耦合天线模块为一体成型构件。

6.根据权利要求5所述的宽带紧耦合天线阵列，其特征在于，所述等效磁偶极子呈长槽形。

Images