CN109066101B - 一种有源相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种有源相控阵天线，该有源相控阵天线包括：天线阵列和N个T/R组件，每个所述T/R组件通过一微带线与对应的一个所述微带天线连接；其中，每个所述微带线位于对应的所述微带天线和T/R组件之间的部分以一个预设角度弯折形成第一预设长度的弯折段，且相邻两列的微带天线所连接的所述微带线的所述弯折段的弯折方向相反，以使所述N个T/R组件以矩形栅格方式排列且相邻两行T/R组件中心点之间的垂直距离为第二距离，所述第二距离大于所述第一距离。本发明增加了相邻行或相邻列T/R组件之间的间距，在此间距内可以放置控制、冷却、电源等系统，在一定程度上提高了T/R组件的散热效果。

Description

一种有源相控阵天线
技术领域
本公开涉及天线技术领域，尤其涉及一种有源相控阵天线。
背景技术
随着计算机技术、数模混合集成电路技术及微波移相技术的快速发展，有源相控阵技术具有多目标、远距离、高可靠性和高适应性等优势，正由雷达向通信电子、定位导航等多领域发展。
有源相控阵天线中的T/R组件在长期工作中，其辐射和相位会产生变化，某些T/R组件会在长期使用后发生故障。故在有源相控阵天线中，需要对阵面中的T/R组件进行监测，及时校准阵面的幅度和相位，从而保证天线阵面辐度和相位的一致性，并排除故障单元。同时，有源相控阵天线有大量的T/R组件，这些T/R组件的散热需要较大的空间，但是现有的相控阵天线，单元间距较小，留给T/R组件散热的空间很小，使得T/R组件较难散热。此外，在有源相控阵天线中，现有耦合器普遍隔离度较差，做T/R组件检测时，来自外界的干扰会影响检测效果。
因此，有必要提供一种新的技术方案改善上述方案中存在的一个或者多个问题。
发明内容
本公开的目的在于提供一种有源相控阵天线，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种有源相控阵天线，包括：
天线阵列，由N个微带天线以三角形栅格排列方式组成；其中，相邻两行微带天线中心点之间的垂直距离为第一距离；
N个T/R组件，每个所述T/R组件通过一微带线与对应的一个所述微带天线连接；其中，每个所述微带线位于对应的所述微带天线和T/R组件之间的部分以一个预设角度弯折形成第一预设长度的弯折段，且相邻两列的微带天线所连接的所述微带线的所述弯折段的弯折方向相反，以使所述N个T/R组件以矩形栅格方式排列且相邻两行T/R组件中心点之间的垂直距离为第二距离，所述第二距离大于所述第一距离；N为大于等于3的整数。
本公开的实施例中，还包括：N个耦合器，每一个所述耦合器电连接在一所述微带天线与T/R组件之间的所述微带线上。
本公开的实施例中，每一列的耦合器串联后，再与相邻列的耦合器串联连接。
本公开的实施例中，所述耦合器为微带耦合器。
本公开的实施例中，所述微带耦合器包括上层微带板和下层微带板，所述上层微带板和下层微带板之间连接金属接地板。
本公开的实施例中，所述金属接地板上设有多个贯穿上下表面的通孔。
本公开的实施例中，所述通孔的形状包括圆形、椭圆形、矩形和菱形中的任一个。
本公开的实施例中，所述通孔的大小与所述耦合器的耦合量相关。
本公开的实施例中，所述预设角度为90度，所述第一预设长度为所述第一距离的一半。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种有源相控阵天线，包括：
天线阵列，由N个微带天线以三角形栅格排列方式组成；其中，相邻两列微带天线中心点之间的水平距离为第三距离；
N个T/R组件，每个所述T/R组件通过一微带线与对应的一个所述微带天线连接；其中，每个所述微带线位于对应的所述微带天线和T/R组件之间的部分以一个预设角度弯折形成第一预设长度的弯折段，且相邻两行的微带天线所连接的所述微带线的所述弯折段的弯折方向相反，以使所述N个T/R组件以矩形栅格方式排列且相邻两列T/R组件中心点之间的水平距离为第四距离，所述第四距离大于所述第三距离；N为大于等于3的整数。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开的一种实施例中，所述天线阵列由N个微带天线以三角形栅格排列方式组成，每个所述T/R组件通过一微带线与对应的一个所述微带天线连接，其中，每个所述微带线位于对应的所述微带天线和T/R组件之间的部分以一个预设角度弯折形成弯折段。一种情况下，相邻两列微带天线所连接的所述微带线的弯折段的弯折方向相反，以使所述N个T/R组件以矩形栅格方式排列，在保持相邻两列T/R组件中心点间水平距离不变的同时，增加了相邻两行T/R组件中心点之间的垂直距离。另一种情况下，相邻两行微带天线所连接的所述微带线的弯折段的弯折方向相反，以使所述N个T/R组件以矩形栅格方式排列，在保持相邻两行T/R组件中心点间垂直距离不变的同时，增加了相邻两列T/R组件中心点之间的水平距离。通过以上方式，增加了相邻行或相邻列T/R组件之间的间距，在此间距内可以放置控制、冷却、电源等系统，不仅在一定程度上提高了T/R组件的散热效果，还充分利用了内部空间，使得整体天线的结构更加紧凑。
附图说明
图1示出本公开示例性实施例中一种天线阵列及T/R组件排列方式图；
图2示出本公开示例性实施例中另一种天线阵列及T/R组件排列方式图；
图3示出本公开示例性实施例中微带天线、耦合器及T/R组件连接示意图；
图4示出本公开示例性实施例中耦合器结构示意图；
图5示出本公开示例性实施例中耦合器通孔示意图；
图6示出本公开示例性实施例中阵列天线耦合度与隔离度仿真结果图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
本示例实施方式中，提供了一种有源相控阵天线，结合图1和图3，所述有源相控阵天线包括天线阵列和N个T/R组件200，所述天线阵列由N个微带天线100以三角形栅格排列方式组成，相邻两行微带天线100中心点之间的垂直距离为第一距离b1。每个所述T/R组件200通过一微带线400与对应的一个所述微带天线100连接，N为大于等于3的整数。其中，每个所述微带线400位于对应的所述微带天线100和T/R组件200之间的部分以一个预设角度α弯折形成第一预设长度h的弯折段401，且相邻两列微带天线100所连接的微带线400的弯折段401的弯折方向相反，以使所述N个T/R组件200以矩形栅格方式排列且相邻两行T/R组件200中心点之间的垂直距离为第二距离b2，所述第二距离b2大于所述第一距离b1。
具体的，在一个示例实施例中，如图1所示，所述预设角度α可以为90度，相邻两行微带天线100中心点之间的垂直距离为第一距离b1。相邻两列微带天线100所连接的微带线400的弯折段401朝相反方向弯折，例如其中相邻的第一列微带天线100所连接的微带线400的弯折段401沿垂直方向朝下方弯折90度，而第二列微带天线100所连接的微带线400的弯折段401沿垂直方向朝上方弯折90度，如此使得T/R组件200以矩形栅格方式排列，且该弯折段401的长度h可以为第一距离b1的一半，使得相邻两行T/R组件200中心点之间的垂直距离增大变为b2，本实施例中b2＝2b1。由此增加了相邻两行T/R组件200之间的距离，在此间距内可以放置控制、冷却、电源系统，不仅在一定程度上提高了T/R组件的散热效果，还极大的压缩了天线尺寸，使天线设计可以更加紧凑，内部空间被充分利用。
在一个实施例中，所述有源相控阵天线还包括N个耦合器300，如图3所示，每一个所述耦合器300电连接在一所述微带天线与T/R组件200之间的所述微带线400上。其中N的数值与微带天线100和T/R组件200的数值相同。本实施例中，每一列的耦合器300串联后，再与相邻列的耦合器300串联连接。
示例性的，所述耦合器300可以为微带耦合器。更具体的，如图4所示，所述微带耦合器包括上层微带板301和下层微带板303，所述上层微带板301和下层微带板303之间连接金属接地板302。该上层微带板301作为微带主通道层，该下层微带板303作为微带耦合通道层，该金属接地板302作为所述微带主通道层上的微带线400和所述微带耦合通道层上的微带线400的共地面。该微带主通道层用以传输主信号，该微带耦合通道层用以耦合信号。所述金属接地板302上设有多个贯穿上下表面的通孔305，所述通孔305的形状可以是圆形、椭圆形、矩形、菱形、多边形等中的任何一个，本发明对此不做限制。
在一个具体的实施例中，所述通孔305的大小与所述耦合器300的耦合量相关，通常来说耦合量越小，通孔305的面积大小也越小，因此本发明对具体的一个耦合器300上通孔305的数量并不做出限制，在实际应用中，可根据具体情况来选择。
试验证明，本实施例中这种多孔耦合器的设计，提高了耦合器300的隔离度，可有效减少外界干扰，使监测网络对天线工作影响很小，提高天线监测网络的准确性。
在一个具体应用实施例中，如图1所示，N个微带天线100呈三角形栅格分布的相控阵天线，相邻两行微带天线100中心点之间的垂直距离b1＝70mm，任选其中一列微带天线100，使得该列微带天线100连接的微带线400沿垂直方向向下弯折90度，弯折段长度h＝b1/2＝35mm，与该列微带天线100相邻列的微带天线100连接的微带线400沿垂直方向向上弯折90度，弯折段长度h＝b1/2＝35mm，其余列微带天线100连接的微带线400的弯折方式以此类推，使得T/R组件的排列方式为矩形栅格排列。通过计算可得，相邻两行T/R组件200中心点之间的垂直距离b2＝2*b1＝140mm，这明显增加了相邻两行T/R组件200之间的垂直距离，为其散热提供了较大的空间，进而在一定程度上提高散热效果。
结合图3所示，本实施例中的耦合器300电连接在微带天线100与T/R组件200之间的微带线400上，该耦合器300为微带地面开孔耦合形式，包括上层微带板301和下层微带板303，所述上层微带板301和下层微带板303之间连接金属接地板302。其中，金属接地板302上开了4个椭圆的通孔，每个通孔的形状、大小及之间的间距保持一致，具体的如图5所示，在一个示例中，孔间距D＝9mm，孔长L＝2.09mm，孔宽W＝1.45mm，当然并不限于此。
本实施例中，该天线发态检测时，T/R组件发射的信号经过耦合器耦合一个小信号进入检测电路，测量得到该T/R通道的幅度和相位值。收态检测时，检测信号通过耦合器耦合到主通道，送往T/R组件，天线辐射单元方向为隔离端，几乎不会有信号传入天线单元。
图6所示为本实施例中所述耦合器300的耦合度和隔离度的仿真结果，耦合度设计为45dB，隔离端输出65dB左右，具有良好的隔离度。试验证明，本实施例中这种多孔耦合器的设计，提高了耦合器300的隔离度，可使天线进行单元幅相检测时，有效减少外界干扰，也使监测网络对天线工作影响很小，提高天线监测网络的准确性。
本公开实施例还提供一种有源相控阵天线，结合图2和图3，所述有源相控阵天线包括天线阵列N个T/R组件200，所述天线阵列由N个微带天线100以三角形栅格排列方式组成，相邻两列微带天线100中心点之间的水平距离为第三距离a2。每个所述T/R组件200通过一微带线400与对应的一个所述微带天线100连接，N为大于等于3的整数。其中，每个所述微带线400位于对应的所述微带天线100和T/R组件200之间的部分以一个预设角度α弯折形成第一预设长度h的弯折段401，且相邻两行的微带天线100所连接的微带线400的弯折段401的弯折方向相反，以使所述N个T/R组件以矩形栅格方式排列且相邻两列T/R组件200中心点之间的水平距离为第四距离a3，所述第四距离a3大于所述第三距离a2。该有源相控阵天线与前述提供的第一种有源相控阵天线的区别仅在于微带天线100所连接的微带线400的弯折不同，其余耦合器300部分可参考前面的实施例。
具体的，在一个示例实施例中，如图2所示，所述预设角度α可以为90度，相邻两列微带天线100中心点之间的水平距离为第三距离a2。相邻两行微带天线100所连接的微带线400的弯折段401朝相反方向弯折，例如其中相邻的第一行微带天线100所连接的微带线400的弯折段401沿水平方向朝左弯折90度，而第二行微带天线100所连接的微带线400的弯折段401沿水平方向朝右弯折90度，如此使得T/R组件200以矩形栅格方式排列，且该弯折段401的长度h可以为第三距离a2的一半，使得相邻两列T/R组件200中心点之间的水平距离增大变为a3，本实施例中a2＝2a3。由此增加了相邻两列T/R组件200之间的距离，在此间距内可以放置控制、冷却、电源等系统，不仅在一定程度上提高了T/R组件的散热效果，还充分利用了内部空间，使得整体天线的结构更加紧凑。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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公开和简化描述，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公开的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种有源相控阵天线，其特征在于，包括：
天线阵列，由N个微带天线以三角形栅格排列方式组成；其中，相邻两行微带天线中心点之间的垂直距离为第一距离；
N个T/R组件，每个所述T/R组件通过一微带线与对应的一个所述微带天线连接；其中，每个所述微带线位于对应的所述微带天线和T/R组件之间的部分以一个预设角度弯折形成第一预设长度的弯折段，且相邻两列的微带天线所连接的所述微带线的所述弯折段的弯折方向相反，以使所述N个T/R组件以矩形栅格方式排列且相邻两行T/R组件中心点之间的垂直距离为第二距离，所述第二距离大于所述第一距离；N为大于等于3的整数。
2.根据权利要求1所述的一种有源相控阵天线，其特征在于，还包括：
N个耦合器，每一个所述耦合器电连接在一所述微带天线与T/R组件之间的所述微带线上。
3.根据权利要求2所述的一种有源相控阵天线，其特征在于，每一列的耦合器串联后，再与相邻列的耦合器串联连接。
4.根据权利要求3所述的一种有源相控阵天线，其特征在于，所述耦合器为微带耦合器。
5.根据权利要求4所述的一种有源相控阵天线，其特征在于，所述微带耦合器包括上层微带板和下层微带板，所述上层微带板和下层微带板之间连接金属接地板。
6.根据权利要求5所述的一种有源相控阵天线，其特征在于，所述金属接地板上设有多个贯穿上下表面的通孔。
7.根据权利要求6所述的一种有源相控阵天线，其特征在于，所述通孔的形状包括圆形、椭圆形、矩形和菱形中的任一个。
8.根据权利要求6所述的一种有源相控阵天线，其特征在于，所述通孔的大小与所述耦合器的耦合量相关。
9.根据权利要求1～8之一所述的一种有源相控阵天线，其特征在于，所述预设角度为90度，所述第一预设长度为所述第一距离的一半。
10.一种有源相控阵天线，其特征在于，包括：
天线阵列，由N个微带天线以三角形栅格排列方式组成；其中，相邻两列微带天线中心点之间的水平距离为第三距离；
N个T/R组件，每个所述T/R组件通过一微带线与对应的一个所述微带天线连接；其中，每个所述微带线位于对应的所述微带天线和T/R组件之间的部分以一个预设角度弯折形成第一预设长度的弯折段，且相邻两行的微带天线所连接的所述微带线的所述弯折段的弯折方向相反，以使所述N个T/R组件以矩形栅格方式排列且相邻两列T/R组件中心点之间的水平距离为第四距离，所述第四距离大于所述第三距离；N为大于等于3的整数。
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