CN109786941A - 一种引信探测器微带平板天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种引信探测器微带平板天线，属于天线领域，包括微带阵列天线、第一介质基板、第二介质基板、第一金属层、第二金属层、馈电网络、波导层、第一微带线‑波导过渡器、第二微带线‑波导过渡器。微带阵列天线包括等间距分布且相互平行的N根天线，每根天线包括M个天线阵元，M个天线阵元关于馈线呈左右交替式分布，并与馈线连接成梳状。本发明的天线实现了天线与有源器件的异面结构，减少了馈线的损耗及干扰，降低了有源网络对天线的影响，且通过金属贴片能够有效抑制副瓣，具有体积小、成本低、高增益、低副瓣、高隔离度等优点，能满足近距离毫米波引信探测器的要求。

Description

一种引信探测器微带平板天线

技术领域

本发明属于天线领域，特别是一种引信探测器微带平板天线。

背景技术

引信是利用目标信息和环境信息，在预设条件下引爆或引燃战斗部装药的控制装置。引信主要应用于军事武器系统中，现代战争模式注重于目标精确打击与高效毁伤，因而包含关键部件引信的精确打击弹药和防空反导弹药有了越来越大的发展舞台。根据获取目标信息方式的不同，引信分为触发引信，近炸引信和执行引信三大类。触发引信依靠与目标实体直接接触或碰撞而作用：近炸引信以近感方式，即通过某些非直接接触方法感知目标特征，当符合条件时就产生作用；执行引信是直接获取外界专门的设备发出的信号而作用。因此，口径小、增益大、抗干扰能力强、成本低的引信天线显得至关重要，传统的天线很难满足上述的所有要求。

77GHz毫米波技术使得天线在较小体积的前提下实现高增益、窄波束成为了可能，如果能将毫米波技术复合近炸引信功能，将能有效地提高目标的命中精度。而目前针对引信的77GHz毫米波天线研究匮乏，针对77GHz毫米波天线的设计也寥寥无几，存在着没有考虑实际应用的尺寸，设计的天线体积过大，馈电损耗过大，天线的收发隔离度不高等问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种具有高增益、小体积、收发隔离度高、成本低、稳定可靠等优点的引信探测器微带平板天线。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种引信探测器微带平板天线，包括微带阵列天线、第一介质基板、第二介质基板、第一金属层、第二金属层、馈电网络、波导层、第一微带线-波导过渡器、第二微带线-波导过渡器；

所述第一介质基板、第一金属层、波导层、第二金属层、第二介质基板从上至下依次叠加，第一介质基板上远离第一金属层的一侧依次设置第一接地板、馈电网络、微带阵列天线，微带阵列天线靠近馈电网络的一侧与馈电网络相连，微带阵列天线远离馈电网络的一侧设置金属贴片；第二介质基板上远离第二金属层的一侧设置第二接地板和馈线；

所述第一微带线-波导过渡器包括第一接地板、第一介质基板、第一金属层和第一辐射贴片；所述第二微带线-波导过渡器包括第二接地板、第二介质基板、第二金属层和第二辐射贴片；

第二介质基板和波导层通过第二微带线-波导过渡器的第二辐射贴片进行能量传输，第一介质基板和波导层通过第一微带线-波导过渡器的第一辐射贴片进行能量传输，微带阵列天线和第二介质基板通过馈电网络进行能量传输。

进一步地，所述微带阵列天线包括相互平行的N根天线。

进一步地，所述微带阵列天线中N根天线等间距分布，间距为l。

进一步地，所述微带阵列天线中每根天线包括M个天线阵元，M个天线阵元关于馈线呈左右交替式分布，并与馈线连接成梳状。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明通过将微带线-波导过渡器与波导相连，实现了天线与有源器件的异面结构，减少了馈线的损耗及干扰，降低了有源网络对天线的影响；2)本发明通过在微带阵列天线远离馈电网络的一侧设置金属贴片，能够有效抑制副瓣，达到了引信天线的低副瓣设计要求；3)本发明能在有限的体积内实现高增益、低副瓣、高隔离度的天线结构，满足实现近距离探测的低成本、小体积、高性能的引信微带天线设计的要求。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明引信探测器微带平板天线示意图，其中图(a)为三维立体图，图(b)为侧视图。

图2为本发明引信探测器微带平板天线的详细结构图。其中，图(a)为第一介质基板(S1)上方的微带结构，图(b)为第一介质基板(S1)和第二介质基板(S2)上的结构，图(c)为第一金属层(M1)和第二金属层(M2)上的结构，图(d)为波导层(3)的结构。

图3为本发明引信探测器微带平板天线的第一微带线-波导过渡器(T1)和第二微带线-波导过渡器(T2)的详细结构图。

图4为本发明实施例中引信探测器微带平板天线的任意一根天线的参数示意图。

图5为本发明实施例中引信探测器微带平板天线的三维波束方向图。

图6为本发明实施例中引信探测器微带平板天线的二维波束方向图。

具体实施方式

结合图1、2，本发明一种引信探测器微带平板天线，包括微带阵列天线1、第一介质基板S1、第二介质基板S2、第一金属层M1、第二金属层M2、馈电网络2、波导层3、第一微带线-波导过渡器T1、第二微带线-波导过渡器T2；

第一介质基板S1、第一金属层M1、波导层3、第二金属层M2、第二介质基板S2从上至下依次叠加，第一介质基板S1上远离第一金属层M1的一侧依次设置第一接地板G1、馈电网络2、微带阵列天线1，微带阵列天线1靠近馈电网络2的一侧与馈电网络2相连，微带阵列天线1远离馈电网络2的一侧设置金属贴片；第二介质基板S2上远离第二金属层M2的一侧设置第二接地板G2和馈线；

结合图3，第一微带线-波导过渡器T1包括第一接地板G1、第一介质基板S1、第一金属层M1和第一辐射贴片P1；第二微带线-波导过渡器T2包括第二接地板G2、第二介质基板S2、第二金属层M2和第二辐射贴片P2；

第二介质基板S2和波导层3通过第二微带线-波导过渡器T2的第二辐射贴片P2进行能量传输，第一介质基板S1和波导层3通过第一微带线-波导过渡器T1的第一辐射贴片P1进行能量传输，微带阵列天线1和第二介质基板S1通过馈电网络2进行能量传输。

进一步地，微带阵列天线1包括相互平行的N根天线。

进一步地，微带阵列天线1中N根天线等间距分布，间距为l。

进一步地，微带阵列天线1中每根天线包括M个天线阵元即天线贴片，M个天线阵元关于馈线呈左右交替式分布，并与馈线连接成梳状。

进一步地，M为奇数，M个天线阵元关于位置居中的第个阵元的中心线对称。

优选地，N＝4，M＝5，l＝2.1mm～2.4mm。

优选地，第一介质基板S1和第二介质基板S2的型号为Rogers3003，其厚度为127μm。

优选地，微带阵列天线1、馈电网络2、第一金属层M1、第二金属层M2和波导层3的方孔内壁的材质均为铜；微带阵列天线1、馈电网络2、第一金属层M1和第二金属层M2的厚度为18μm，波导层3的高度为0.5mm～2mm。

优选地，第一微带线-波导过渡器T1和第二微带线-波导过渡器T2的通孔直径为0.15～0.3mm，通孔间间距为0.2mm～0.4mm。

优选地，微带阵列天线1上远离馈电网络2的一侧设置的金属贴片的材质为铜，其厚度为18mm，且与微带阵列天线1的距离为0.05mm～0.2mm。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

实施例

结合图1和图3，本发明实施例中第一微带线-波导过渡器T1和第二微带线-波导过渡器T2中通孔直径为0.2mm,通孔间间距为0.33mm。

结合图1和图4，本实施例中微带阵列天线1中每根微带天线的具体参数如下：a1为1.2mm，a2为1.45mm，a3为1.1mm，b1为0.8mm，b2为0.6mm，b3为0.25mm，c1为1.2mm，c2为1.35mm，w为0.205mm。

结合图2a，本实施例中在微带阵列天线1远离馈电网络2的一侧设置的金属贴片采用与馈电网络2相同的结构，其与微带阵列天线1的距离为0.1mm。仿真显示，该结构能有效抑制副瓣。

结合图2c，本实施例中第一金属层M1和第二金属层M2中方孔中央放置的辐射贴片的长度为2.1mm，宽度为0.9mm。

对本发明的微带天线进行收发天线隔离度的仿真测试，仿真结果表明，在77GHz的频率下，天线的隔离度能达到83dB。

结合图5和图6可知，本实施例中，天线的增益为15.2dB，3dB波束宽度约为30°，主副瓣比大于17dB，最大副瓣电平出现在theta＝50°处。

综上，本发明的天线实现了天线与有源器件的异面结构，减少了馈线的损耗及干扰，降低了有源网络对天线的影响，且通过金属贴片能够有效抑制副瓣，具有体积小、成本低、高增益、低副瓣、高隔离度等优点，能满足近距离毫米波引信探测器的要求。

Claims (10)

1.一种引信探测器微带平板天线，其特征在于，包括微带阵列天线(1)、第一介质基板(S1)、第二介质基板(S2)、第一金属层(M1)、第二金属层(M2)、馈电网络(2)、波导层(3)、第一微带线-波导过渡器(T1)、第二微带线-波导过渡器(T2)；

所述第一介质基板(S1)、第一金属层(M1)、波导层(3)、第二金属层(M2)、第二介质基板(S2)从上至下依次叠加，第一介质基板(S1)上远离第一金属层(M1)的一侧依次设置第一接地板(G1)、馈电网络(2)、微带阵列天线(1)，微带阵列天线(1)靠近馈电网络(2)的一侧与馈电网络(2)相连，微带阵列天线(1)远离馈电网络(2)的一侧设置金属贴片；第二介质基板(S2)上远离第二金属层(M2)的一侧设置第二接地板(G2)和馈线；

所述第一微带线-波导过渡器(T1)包括第一接地板(G1)、第一介质基板(S1)、第一金属层(M1)和第一辐射贴片(P1)；所述第二微带线-波导过渡器(T2)包括第二接地板(G2)、第二介质基板(S2)、第二金属层(M2)和第二辐射贴片(P2)；

第二介质基板(S2)和波导层(3)通过第二微带线-波导过渡器(T2)的第二辐射贴片(P2)进行能量传输，第一介质基板(S1)和波导层(3)通过第一微带线-波导过渡器(T1)的第一辐射贴片(P1)进行能量传输，微带阵列天线(1)和第二介质基板(S1)通过馈电网络(2)进行能量传输。

2.根据权利要求1所述的引信探测器微带平板天线，其特征在于，所述微带阵列天线(1)包括相互平行的N根天线。

3.根据权利要求2所述的引信探测器微带平板天线，其特征在于，所述微带阵列天线(1)中N根天线等间距分布，间距为l。

4.根据权利要求3所述的引信探测器微带平板天线，其特征在于，所述微带阵列天线(1)中每根天线包括M个天线阵元，M个天线阵元关于馈线呈左右交替式分布，并与馈线连接成梳状。

5.根据权利要求4所述的引信探测器微带平板天线，其特征在于，所述M为奇数，M个天线阵元关于位置居中的第个阵元的中心线对称。

6.根据权利要求5所述的引信探测器微带平板天线，其特征在于，所述N＝4，M＝5，l＝2.1mm～2.4mm。

7.根据权利要求1所述的引信探测器微带平板天线，其特征在于，所述第一介质基板(S1)和第二介质基板(S2)的型号为Rogers3003，其厚度为127μm。

8.根据权利要求1所述的引信探测器微带平板天线，其特征在于，所述微带阵列天线(1)、馈电网络(2)、第一金属层(M1)、第二金属层(M2)和波导层(3)的方孔内壁的材质均为铜；所述微带阵列天线(1)、馈电网络(2)、第一金属层(M1)和第二金属层(M2)的厚度为18μm，波导层(3)的高度为0.5mm～2mm。

9.根据权利要求1所述的引信探测器微带平板天线，其特征在于，所述第一微带线-波导过渡器(T1)和第二微带线-波导过渡器(T2)的通孔直径为0.15～0.3mm，通孔间间距为0.2mm～0.4mm。

10.根据权利要求1所述的引信探测器微带平板天线，其特征在于，所述微带阵列天线(1)上远离馈电网络(2)的一侧设置的金属贴片的材质为铜，其厚度为18mm，且与微带阵列天线(1)的距离为0.05mm～0.2mm。