CN109904599A - K/Ka双频段共口径天线阵 - Google Patents
K/Ka双频段共口径天线阵 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开的一种K/Ka双频段共口径天线阵，旨在提供一种能够降低天线剖面，覆盖K和Ka频段，共用双频段口径的天线阵面。本发明通过下述技术方案实现：K频段贴片以均匀矩形阵列的形式分布在介质基板上，Ka频段贴片以插空形式穿插在相邻K频段贴片间隔的中心位置，K频段贴片通过贯通介质基板的馈电柱正交连接位于介质基板底面的焊盘，焊盘连接馈电同轴，馈电同轴穿过金属底板连接焊盘以触碰式连接的方式馈电；其中，K频段贴片通过馈电柱结合于金属底板形成K频段天线阵面，馈电柱通过焊盘连接馈电同轴组成了K频段通道；Ka频段贴片通过馈电柱结合于金属底板形成Ka频段天线阵面，馈电柱连同焊盘导通馈电同轴组成Ka频段通道。
Description
技术领域
本发明涉及一种K/Ka双频段共口径天线阵，尤其是适用于构建K/Ka共口径的二维大角度扫描相控阵天线阵面。
背景技术
在尺寸及重量受限相控阵天线系统中，为了减小系统的体积以及RCS，迫切的希望在不影响天线性能的同时，尽可能的减小天线的口径。若将不同频段天线集成在统一口径中，可以极大减小天线口径。目前国内外常见的K/Ka或类似频率比的共口径天线阵中，单层布阵时，均无法完全满足相控阵天线二维大角度扫描的栅瓣条件。而采用叠层、立体阵子单元时，尽管能满足栅瓣条件，但却增加了剖面高度，对于低剖面共形应用极为不利，并且RCS较高，不能满足低RCS的要求。
中国专利申请CN201310538063.8公开的一种用于二维相控阵扫描的双频双圆极化共口径天线阵采用正方形辐射片同层布阵，但在中心区域Ku频段金属辐射片之间的间距大于0.5倍Ku频段波长，不能满足栅瓣条件。中国专利申请CN201610633658.5公开的一种S/X波段共口径宽带小形化平面天线和中国专利申请CN201610209548.6公开的双波段共口径天线，应用频率均较低，没有涉及更高的K\Ka频段，若直接移植到Ka频段，无法满足K\Ka频率比，并且剖面高度较高。中国专利申请CN201710725935.X公开的双频共口径阵列天线和中国专利申请CN201810254308.7公开的一种双频双极化共口径波导缝隙阵列天线，它们采用的天线包括波导、Dipole等，未完全采用平面印制板工艺，剖面较高。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术的不足之处，提供一种能够降低天线的剖面高度，结构紧凑，满足相控阵天线二维大角度扫描的K/Ka双频段共口径天线阵。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种K/Ka双频段共口径天线阵，包括：两块重叠固联的介质基板1和金属底板6，其特征在于：K频段贴片3以均匀矩形阵列的形式分布在介质基板1上，Ka频段贴片2以插空形式穿插在K频段贴片3间隔的中心位置，Ka频段贴片2、K频段贴片3分别通过贯通介质基板1的馈电柱5正交连接位于介质基板1底面的焊盘7上，焊盘7连接馈电同轴4，馈电同轴4穿过金属底板6连接焊盘7以触碰式连接的方式馈电；其中，按纵横阵列分布在介质基板1表面的K频段贴片3通过馈电柱5结合于金属底板6形成K频段贴片天线阵面，馈电柱5通过焊盘7连接馈电同轴4组成了K频段通道；以插空形式穿插在纵横阵列分布的K频段贴片3间隔之间的Ka频段贴片2通过馈电柱5结合于金属底板6，形成Ka频段贴片天线阵面，馈电柱5连同焊盘7导通馈电同轴4组成了Ka频段通道。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
由于Ka频段贴片2与K频段贴片3位于介质基板的同一平面上，使得整个天线阵面只需要通过单层结构就可以实现单层的、可印制的低剖面，这种单层结构厚度薄，降低了天线的剖面高度，易于共形以及低RCS设计。相比于传统多层的共口径天线，单层结构不仅体积小，重量轻，而且易集成，成本低，适合批量生产，此外还兼备电性能多样化等优势。
本发明K频段贴片3以均匀矩形阵列的形式分布在介质基板1上，Ka频段贴片2以插空形式穿插在K频段贴片3间隔的中心位置，Ka频段贴片2阵列间距满足小于0.5Ka频段波长，K频段贴片3阵列间距满足小于0.5K频段波长，具有结构紧凑，完全满足相控阵天线二维大角度扫描栅瓣条件的优势，便于后续相控阵体制的设计应用。
本发明介质基板1、Ka频段贴片2、K频段贴片3、馈电柱5、焊盘7可以视为一个整体，均可以通过印制板工艺加工，可以采用印制板设计，继承印制板的优点，拥有工艺简单、图形精度高、生产成本低等优点，极大方便了生产加工。
本发明中焊盘7与馈电同轴4通过触碰式连接的方式馈电，高频以及低频馈电通道相互独立，并且集成在金属底板上，这种馈电方式，不需要焊接，对于K/Ka这样较高频率的场合，避免了焊点差异带来的性能不一致。这种馈电方式具有，一致性好，结构紧凑等优势。
总之，本发明通过单层布阵实现了K/Ka双频段共口径天线阵，并且K/Ka阵列间距完全满足相控阵天线二维大角度扫描栅瓣条件，能够较好的满足尺寸及重量受限的二维大角度扫描相控阵系统的应用。整个设计具有馈电结构简单、单层、可印制、低剖面、共口径等特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明K/Ka双频段共口径天线阵的侧视图。(图中凹陷部分为凹陷剖视图，实际设计中没有凹陷)
图2是图1沿着虚线方向的剖面视图。
图中：1、介质基板，2、Ka频段贴片，3、K频段贴片，4、馈电同轴，5、馈电柱，6、金属底板，7焊盘。
具体实施方式
参阅图1、图2。在以下描述的一个最佳实施实例，该K/Ka双频段共口径天线阵，包括：重叠固联的介质基板1和金属底板6、Ka频段贴片2、K频段贴片3、馈电同轴4、馈电柱5、以及焊盘7。在介质基板1上有按均匀矩形阵列形式分部的K频段贴片3，以及以插空的形式穿插在K频段贴片3间隔中心的Ka频段贴片2，Ka频段贴片2、K频段贴片3分别通过贯通介质基板1的馈电柱5正交连接位于介质基板1底面的焊盘7上，焊盘7连接馈电同轴4，馈电同轴4穿过金属底板6与焊盘7连接，以触碰式连接的方式馈电。
Ka频段贴片以及K频段贴片使用印制板工艺印制在介质基板上，与金属底板构成谐振贴片天线。Ka频段贴片2、K频段贴片3两种贴片上均开有X形槽，这种槽线增加了贴片表面电流的路径长度，实现了贴片的小形化，确保在单层有限的空间内，Ka频段贴片2与K频段贴片3可以无干涉地穿插排布。奇数行中Ka频段贴片2穿插在两两相邻K频段贴片3的行列线阵中。Ka频段采用开十字形槽的Ka频段贴片2作为阵元，K频段采用开X形槽的K频段贴片3作为阵元，开槽处于贴片中心，具有很好的结构对称性。两种贴片都位于介质基板1的上表面，形成双频段贴片阵列。双频段贴片阵列中，奇数行按K频段贴片3和Ka频段贴片2交替穿插线阵排列，偶数行按Ka频段贴片2单独线阵排列。奇数行中Ka频段贴片2以插空的方式穿插在两两相邻K频段贴片3的行列线阵中。按列观察时，规律类似。最终的阵列中，Ka频段贴片2形成围绕K频段贴片3的均匀行星分布，Ka频段贴片阵列间距满足小于0.5Ka频段波长，K频段贴片阵列间距满足小于0.5K频段波长，两个阵列均满足栅瓣条件。
在圆极化阵列排布方面，单独观察，工作于低频段的K频段贴片3以矩形阵的形式分布，且每4个相邻单元为一组顺序旋转布阵，这样保证了天线的圆极化性能。Ka频段贴片2与K频段贴片3位于同一层，以插空的形式分布在K频段贴片3的四周，同样以相邻四个一组共面旋转布阵，同样形成一个均匀的矩形阵列。同时，Ka频段贴片2以及K频段贴片3均采用矩形切角贴片以提高圆极化，通过切角实现两个频率的圆极化，但切角位置不同，圆极化极化方向相反，形成收发异极化，可以提高收发隔离度。
在可选的实施例中，介质基板1的厚度远小于波长也远小于贴片。馈电柱4穿过介质基板1，对Ka频段贴片2或K频段贴片3进行馈电，下端连接位于介质基板1下表面的焊盘7。介质基板1放置在金属底板6上，并与之形成可靠的连接，金属底板6与焊盘7重叠的位置开有通孔，通孔中安装馈电同轴4，馈电同轴4内导体采用可压缩的毛纽扣形式与焊盘7连接，以触碰式连接的方式馈电。
由于K/Ka频段高，对贴片天线外形精度要求高，上述整体可以利用标准的、高精度的印制板工艺，通过刻蚀覆铜印制板、钻孔电镀等工艺得到。通常情况下，介质基板1的厚度远小于工作频段的波长，同时也小于Ka频段贴片2以及K频段贴片3的尺寸。介质基板1的下表面需要与金属底板6保持紧密连接，一般可以通过两种方式实现：其一，在制作印制板时，将介质基板1的下表面除焊盘7以外的铜层完全腐蚀，然后通过高频半固化粘接片，将介质基板1和金属底板6压接在一起；第二种方法，保留介质基板1底层覆铜板，只在焊盘7周围位置刻蚀隔离环防止短路，介质基板1与金属底板6通过焊接的方式连接。第一种方式金属底板6实际起到了金属地的作用，与Ka频段贴片2以及K频段贴片3形成了典形的贴片谐振天线。而采用第二种方式时，焊接过程中需要控制焊接面的空隙率，保证介质基板1底层的铜与金属底板6形成可靠的连接。
以上是向熟悉本发明领域的工程技术人员提供的对本发明及其实施方案的描述，这些描述应被视为是说明性的，而非限定性的。工程技术人员可据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。上述这些都应被视为本发明的涉及范围。
Claims (9)
1.一种K/Ka双频段共口径天线阵，包括：两块重叠固联的介质基板(1)和金属底板(6)，其特征在于：K频段贴片(3)以均匀矩形阵列的形式分布在介质基板(1)上，Ka频段贴片(2)以插空形式穿插在相邻K频段贴片(3)间隔的中心位置，Ka频段贴片(2)、K频段贴片(3)分别通过贯通介质基板(1)的馈电柱(5)正交连接位于介质基板(1)底面的焊盘(7)上，焊盘(7)连接馈电同轴(4)，馈电同轴(4)穿过金属底板(6)连接焊盘(7)以触碰式连接的方式馈电；其中，按纵横阵列分布在介质基板(1)表面的K频段贴片(3)通过馈电柱(5)结合于金属底板(6)形成K频段贴片天线阵面，馈电柱(5)通过焊盘(7)连接馈电同轴(4)组成了K频段通道；以插空形式穿插在纵横阵列分布的K频段贴片(3)间隔之间的Ka频段贴片(2)通过馈电柱(5)结合于金属底板(6)，形成了Ka频段贴片天线阵面，馈电柱(5)连同焊盘(7)导通馈电同轴(4)组成了Ka频段通道。
2.如权利要求1所述的K/Ka双频段共口径天线阵，其特征在于：Ka频段贴片以及K频段贴片使用印制板工艺印制在介质基板上，与金属底板构成谐振贴片天线。
3.如权利要求1所述的K/Ka双频段共口径天线阵，其特征在于：Ka频段贴片(2)、K频段贴片(3)两种贴片都位于单层介质基板(1)的上表面，形成双频段贴片阵列。
4.如权利要求1所述的K/Ka双频段共口径天线阵，其特征在于：在双频段贴片阵列中，奇数行按K频段贴片(3)和Ka频段贴片(2)交替穿插线阵排列，偶数行按Ka频段贴片(2)单独线阵排列。
5.如权利要求1所述的K/Ka双频段共口径天线阵，其特征在于：奇数行中Ka频段贴片(2)穿插在两两相邻K频段贴片(3)的行列线阵中。
6.如权利要求1所述的K/Ka双频段共口径天线阵，其特征在于：阵列中，Ka频段贴片(2)形成围绕K频段贴片(3)的均匀行星分布，Ka频段贴片(2)阵列间距满足小于0.5倍Ka频段工作波长，K频段贴片(3)阵列间距满足小于0.5倍K频段工作波长，两个阵列均满足相控阵天线二维大角度扫描的栅瓣条件。
7.如权利要求1所述的K/Ka双频段共口径天线阵，其特征在于：馈电同轴(4)以触碰式连接的方式与焊盘(7)连接。
8.如权利要求1所述的K/Ka双频段共口径天线阵，其特征在于：介质基板基板(1)的厚度小于工作频段的波长，同时也小于Ka频段贴片(2)以及K频段贴片(3)的尺寸。
9.如权利要求1所述的K/Ka双频段共口径天线阵，其特征在于：介质基板(1)的下表面与金属底板(6)保持紧密连接，通过两种方式之一实现：其一，在制作印制板时，将介质基板(1)的下表面除焊盘(7)以外的铜层完全腐蚀，然后通过高频半固化粘接片，将介质基板(1)和金属底板(6)压接在一起，与Ka频段贴片(2)以及K频段贴片(3)形成了典形的贴片谐振天线；其二种，保留介质基板(1)底层覆铜板，只在焊盘(7)周围位置刻蚀隔离环防止短路，介质基板(1)与金属底板(6)通过焊接的方式形成可靠的连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190618 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |