CN108649316B - 一种s波段宽波束天线单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线技术，具体涉及一种S波段宽波束天线单元，包括偶极子整体、第二反射板和SMA连接器；偶极子整体包括第一辐射片、介质块和支撑架整体；支撑架整体包括第二辐射片、支撑杆、第一反射板、螺母、安装座、金属柱和介质环；介质块位于支撑杆上方，支撑杆为中空结构，介质环设置于中空结构的下方，金属柱依次穿过介质块、中空结构和介质环；第一辐射片位于介质块上面与金属柱连接，并通过金属柱与位于第二反射板下面的SMA连接器连接，形成同轴馈电；第二辐射片位于介质块下面与金属柱连接；第一反射板通过螺母与支撑杆相连接，支撑杆通过安装座与第二反射板连接。该天线整体结构紧凑，可靠性高。覆盖频率为2.6‑3GHz，涵盖了微波雷达的频段。

Description

一种S波段宽波束天线单元
技术领域
本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种S波段宽波束天线单元。
背景技术
海洋中最常见的现象是海浪，对海浪进行观测在海洋资源开发、海洋灾害预防具有重要意义。微波雷达利用电磁波与海面毛细波的后向布拉格散射进行海洋参数测量，这类雷达受外界干扰较小，时间和空间分辨率高，可对近岸重要地区进行全天候、实时监测。可以有效扩展海洋遥感种类、完善近岸海洋观测体系。
作为微波雷达系统的核心之一，天线对微波雷达的性能有重要的影响。在无线电海洋遥感中，除了对天线增益要求外，为获取较宽海域内海浪参数，需要雷达天线能够实现宽波束覆盖。目前微波雷达通过波束扫描或机械扫描的方式实现宽波束覆盖，这种方式天线结构复杂，系统成本高。并且由于存在电子或机械扫描组件，存在一定的可靠性问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现超过150°的H面波束宽度，并且在整个工作带宽内电压驻波比小于1.3的天线。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种S波段宽波束天线单元，包括偶极子整体、第二反射板和SMA连接器；偶极子整体包括第一辐射片、介质块和支撑架整体；支撑架整体包括第二辐射片、支撑杆、第一反射板、螺母、安装座、金属柱和介质环；介质块位于支撑杆上方，支撑杆为中空结构，介质环设置于中空结构的下方，金属柱依次穿过介质块、中空结构和介质环，金属柱与支撑杆同心，并与支撑杆内径构成同轴馈电系统；第一辐射片位于介质块上面与金属柱连接，并通过金属柱与位于第二反射板下面的SMA连接器连接，形成同轴馈电；第二辐射片位于介质块下面与金属柱连接；第一反射板通过螺母与支撑杆相连接，支撑杆通过安装座与第二反射板连接。
在上述的S波段宽波束天线单元中，第一辐射片为分别对称切掉四个角的矩形，四个角分别是两个等腰三角形和两个锐角三角形，在两个锐角三角形对应的长边中点有一凸起部分，凸起部分形状为切掉了两个角的矩形，两个角为相同的等腰三角形，其凸起部分的中心开有一圆孔，圆孔内径与金属柱直径相同；矩形长度为35mm，矩形宽度加凸起部分宽度为22mm，凸起部分宽为3mm，凸起部分长为4mm，锐角三角形短直角边长度加凸起部分宽度为5mm；第一辐射片厚度为2mm。
在上述的S波段宽波束天线单元中，第二辐射片为分别对称切掉四个角的矩形，四个角分别是两个等腰三角形和两个锐角三角形，在两个锐角三角形对应的长边中点有一凸起部分，凸起部分为半圆，其半圆的圆心处设置有一圆孔，圆孔内径与金属柱直径相同；矩形长度为35mm，矩形宽度为20mm，半圆的直径为4mm；第二辐射片的厚度为2mm。
在上述的S波段宽波束天线单元中，第一辐射片和第二辐射片分别在介质块的上面、下面以金属柱为中心点对称安装，介质块的直径为16mm，介电常数为3；安装后第一辐射片和第二辐射片的总长度为40mm，第一辐射片上表面与第二辐射片上表面距离为6mm；第一辐射片上表面与第一反射板上表面之间距离为36mm。
在上述的S波段宽波束天线单元中，支撑杆和外径为10mm，内径为4mm，支撑杆长度为62mm；介质环下表面与安装座下表面平齐，介质环长为3mm，介电常数为3；介质环内径与金属柱直径相同，外径与支撑杆内径相同，金属柱直径为2mm。
在上述的S波段宽波束天线单元中，第一反射板宽度为27mm，长度为65mm，螺母的直径为16mm；第一反射板上表面与第二辐射片上表面距离为30mm，第一反射板厚度为2mm；第二反射板长度为150mm，宽度为85mm，厚度为5mm，其上表面与第一辐射片上表面距离为68mm。
在上述的S波段宽波束天线单元中，安装座宽度为25mm，长度为32mm，安装座厚为5mm，安装座对角线上设置有四个安装孔，安装孔直径为4.1mm，且四个孔分别位于18mm×25mm长方形的四个角上。
本发明的有益效果是：本发明天线的覆盖频率为2.6-3GHz，涵盖了微波雷达的频段。采用反射板结构，整体结构紧凑，可靠性高。可以实现天线驻波比小于1.3，波数宽度大于150°，增益大于5dB。
附图说明
图1本发明一个实施例S波段宽波束天线单元的结构示意图；
图2本发明一个实施例第一辐射片形状示意图；
图3本发明一个实施例支撑架整体结构示意图，其中，图3(a)为右视图，图3(b)为正视图，图3(c)为左视图；
图4本发明一个实施例的S波段宽波束天线单元尺寸示意图，其中，图4(a)为正视图，图4(b)为侧视图，图4(c)为俯视图；
图5本发明一个实施例S波段宽波束天线单元电压驻波比；
图6本发明一个实施例S波段宽波束天线单元归一化方向图，其中，图6(a)为E面方向图，图6(b)为H面方向图。
其中，1-第一辐射片、2-介质块、3-第二辐射片、4-支撑杆、5-第一反射板、6-螺母、7-安装座、8-第二反射板、9-SMA连接器、10金属柱、11-介质环。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例是通过以下技术方案来实现的：如图1所示，一种S波段宽波束天线单元，包括偶极子整体和第二反射板8和SMA连接器9。偶极子整体包括第一辐射片1、介质块2和支撑架整体。支撑架整体包括第二辐射片3、支撑杆4、第一反射板5、螺母6、安装座7、金属柱10和介质环11。支撑架整体通过其中的安装座7与第二反射板8连接。
支撑杆4为中空结构，金属柱10穿过该中空结构。金属柱10一端与第二反射板8背部SMA连接器9连接，另一端穿过通孔与第一辐射片1连接。支撑杆4为圆柱形，金属柱10外周与支撑4中空结构之间设置介质环11。介质环11下表面与安装座7下表面齐平，介质环11内径与金属柱10直径相同，外径与支撑杆4内径相同，介质环长为3mm，介电常数为3。金属柱10直径为2mm，金属柱10依次穿过介质块2，支撑架4通孔和介质环11，将第一辐射片1与SMA连接器9连接，其中，介质块2和介质环11用以保证金属柱10与支撑杆4同心，并且改善阻抗关系。第一辐射片1通过金属柱10与第二反射板8背部SMA连接器9形成同轴馈电。
第一辐射片1形状如图2所示，第一辐射片1为对称切削四个角之后的矩形加一凸起部分，凸起部分中心开有一圆孔，圆孔直径与金属柱相同。且满足c＝35mm，c1＝3mm，c2＝5mm，c3＝22mm和c4＝4mm。第一辐射片1厚度h＝2mm。
支撑架整体结构如图3(a)、图3(b)图3(c)所示，第二辐射片2形状也切削四个角之后的矩形加一半圆形凸起，凸起中心也开有一圆孔，圆孔直径与金属柱10相同。满足a＝35mm，b＝20mm，第二辐射片3的厚度l1＝2mm；支撑杆4的外直径R2＝10mm，内直径R3＝4mm，整个支撑杆长度l3＝62mm；第一反射板5通过螺母6与支撑杆4连接，第一反射板5形状满足a2＝27mm，
b2＝65mm，螺母6直径R1＝16mm；第一反射板5上表面与第二辐射片3上表面距离l2＝30mm，第一反射板5的厚度与第二辐射片3厚度相同；支撑架整体通过安装座7与第二反射板8连接，安装座7外形满足l4＝25mm，l7＝32mm，安装座7厚为5mm，安装座7对角线上设有四个安装孔，直径为4.1mm，且孔距满足l5＝18mm，l6＝25mm。
本实施例利用偶极子的辐射特性和双层反射板的反射作用可以在H面实现宽波束辐射，并且可通过对偶极子参数的调整改善带宽和驻波特性。如图4(a)、图4(b)、图4(c)所示，第一辐射片1和第二辐射片3沿金属杆中心点O对称安装，满足b1＝40mm。并通过介电常数为3，直径R4＝16mm的介质块进行隔离。第一辐射片1上表面与第二辐射片3上表面的距离d1＝6mm；第一辐射片1上表面与第一反射板5上表面之间距离d2＝36mm；支撑杆4通过安装座7与第二反射板8连接，第二反射板8满足a3＝150mm，b3＝85mm，其厚度为5mm，其上表面与第一辐射片1上表面距离d3＝68mm。
图5所示，为本实施例S波段宽波束天线单元电压驻波比示意图；
图6所示，为本实施例S波段宽波束天线单元归一化方向图，其中，图6(a)为E面方向图，图6(b)为H面方向图。
综上所述，本实施例一种S波段宽波束天线单元，在2.6-3GHz工作频带内电压驻波比小于1.3，H面波束宽度大于150°，增益大于5dB，整个天线结构紧凑，非常适用于S波段无线电海洋遥感中。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种S波段宽波束天线单元，其特征是，包括偶极子整体、支撑架整体、第二反射板和SMA连接器；偶极子整体包括第一辐射片、介质块和第二辐射片；支撑架整体包括支撑杆、第一反射板、螺母、安装座、金属柱和介质环；介质块位于支撑杆上方，支撑杆为中空结构，介质环设置于中空结构的下方，金属柱依次穿过介质块、中空结构和介质环，金属柱与支撑杆同心，并与支撑杆内径构成同轴馈电系统；第一辐射片位于介质块上面与金属柱连接，并通过金属柱与位于第二反射板下面的SMA连接器连接，形成同轴馈电；第二辐射片位于介质块下面与金属柱连接；第一反射板通过螺母与支撑杆相连接，支撑杆通过安装座与第二反射板连接。
2.如权利要求1所述的S波段宽波束天线单元，其特征是，第一辐射片为分别对称切掉四个角的矩形，四个角分别是两个等腰三角形和两个锐角三角形，在两个锐角三角形对应的长边中点有一凸起部分，凸起部分形状为切掉了两个角的矩形，两个角为相同的等腰三角形，其凸起部分的中心开有一圆孔，圆孔内径与金属柱直径相同；矩形长度为35mm，矩形宽度加凸起部分宽度为22mm，凸起部分宽为3mm，凸起部分长为4mm，锐角三角形短直角边长度加凸起部分宽度为5mm；第一辐射片厚度为2mm。
3.如权利要求1所述的S波段宽波束天线单元，其特征是，第二辐射片为分别对称切掉四个角的矩形，四个角分别是两个等腰三角形和两个锐角三角形，在两个锐角三角形对应的长边中点有一凸起部分，凸起部分为半圆，其半圆的圆心处设置有一圆孔，圆孔内径与金属柱直径相同；矩形长度为35mm，矩形宽度为20mm，半圆的直径为4mm；第二辐射片的厚度为2mm。
4.如权利要求1所述的S波段宽波束天线单元，其特征是，第一辐射片和第二辐射片分别在介质块的上面、下面以金属柱为中心点对称安装，介质块的直径为16mm，介电常数为3；安装后第一辐射片和第二辐射片的总长度为40mm，第一辐射片上表面与第二辐射片上表面距离为6mm；第一辐射片上表面与第一反射板上表面之间距离为36mm。
5.如权利要求1所述的S波段宽波束天线单元，其特征是，支撑杆和外径为10mm，内径为4mm，支撑杆长度为62mm；介质环下表面与安装座下表面平齐，介质环长为3mm，介电常数为3；介质环内径与金属柱直径相同，外径与支撑杆内径相同，金属柱直径为2mm。
6.如权利要求1所述的S波段宽波束天线单元，其特征是，第一反射板宽度为27mm，长度为65mm，螺母的直径为16mm；第一反射板上表面与第二辐射片上表面距离为30mm，第一反射板厚度为2mm；第二反射板长度为150mm，宽度为85mm，厚度为5mm，其上表面与第一辐射片上表面距离为68mm。
7.如权利要求1所述的S波段宽波束天线单元，其特征是，安装座宽度为25mm，长度为32mm，安装座厚为5mm，安装座对角线上设置有四个安装孔，安装孔直径为4.1mm，且四个孔分别位于18mm×25mm长方形的四个角上。
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