CN109994840B - 一种砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，其包括输入端口、输出端口以及位于输入端口和输出端口之间的多个天线单元；其中每个天线单元包括：多个辐射器，平行设置；引向器，位于多个辐射器的上方；多个平行线馈电线；带状线馈电线中心线；上表面地；下表面地；左侧反射板；右侧反射板以及带状线慢波线，位于所述带状线馈电线中心线的下方。本发明砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列的横向尺寸小，便于在不引入栅瓣的情况下，从而在利用其组成二维阵列时，即使横向扫描角度较大，也不会产生栅瓣，十分有利于设计低成本、大扫描角二维扫描天线阵列。

Description

一种砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列
技术领域
本发明涉及微波技术领域，尤其涉及一种砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列。
背景技术
数字波束形成技术能够通过快速进行波束扫描，从而有效的提高雷达系统的性能。理论上，每个辐射单元后均连接一个接收机能够实现性能最优，这种方式组成的雷达系统会因成本过高而限制其应用。
使用子天线阵列，在每个子阵列后接接收机能够有效的减少系统总成本。当子天线阵列为固定波束时，天线阵列的两维扫描必须都通过数字波束形成的方式进行。当采用这种构型时，为了防止方向图中栅瓣的产生，天线子阵中辐射单元的数目不能太多。因此，两维扫描中，一维采用数字波束形成，另一维采用频率扫描，是一种可以解决以上问题的构型。
用于以上构型的频率扫描阵列天线为一维阵列，现有的一维频率扫描天线普遍存在着横向尺寸D1过大的问题，如图1中的D1所示，这导致在组成瓦片式排列的二维阵列时，很容易在横向产生栅瓣。
因此本发明提出了砖式结构来解决这一问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，使得可以在不产生栅瓣的情况下，进一步组成数字波束控制的二维波束扫描阵。
本发明提供一种砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，其包括输入端口、输出端口以及位于输入端口和输出端口之间的多个天线单元；其中每个天线单元包括：多个辐射器，平行设置；引向器，位于多个辐射器的上方；多个平行线馈电线，与对应的辐射器垂直连接；带状线馈电线中心线，与位于中间的平行线馈电线连接；上表面地，与位于左边的平行线馈电线连接；下表面地，与位于右边平行线馈电线连接；左侧反射板，位于左边的平行线馈电线与所述上表面地连接处；右侧反射板，位于右边的平行线馈电线与所述下表面地连接处；以及带状线慢波线，位于所述带状线馈电线中心线的下方。
进一步，多个辐射器包括位于左边的第一辐射器、位于中间的第二辐射器和位于右边的第三辐射器，所述引向器设置在第二辐射器的上方且与第二辐射器平行设置。
进一步，所述第一辐射器、第二辐射器第和第三辐射器的结构相同，第一辐射器、第二辐射器第和第三辐射器的长度均为a，宽度均为b，其中a为3.9mm至4.3mm之间，b为0.6mm至1.0mm之间。
进一步，多个平行线馈电线包括与第一辐射器一端垂直连接且位于左边的第一平行线馈电线、与第二辐射器第一端垂直连接且位于中间的第二平行线馈电线以及与第三辐射器一端垂直连接且位于右边的第三平行线馈电线。
进一步，所述第二平行线馈电线的宽度大于带状线馈电线中心线的宽度。
进一步，所述第一辐射器与第一平行线馈电线连接形成第一辐射馈电线，第二辐射器第与第二平行线馈电线连接形成第二辐射馈电线，第三辐射器与第三平行线馈电线连接形成第三辐射馈电线，其中，第一辐射馈电线、第二辐射馈电线和第三辐射馈电线相互平行设置，第二辐射馈电线位于第一辐射馈电线和第三辐射馈电线之间，第一辐射馈电线和第三辐射馈电线结构相同，第二辐射馈电线与第一辐射馈电线或第三辐射馈电线结构呈对称状态。
进一步，所述第一平行线馈电线位于上表面地的上方且第一平行线馈电线末端与上表面地上端连接；所述第三平行线馈电线与位于下表面地的上方且第三平行线馈电线末端与下表面第上端连接。
进一步，所述左侧反射板位于第一平行线馈电线与上表面地连接处，左侧反射板与第一平行线馈电线垂直设置；所述右侧反射板位于第三平行线馈电线与下表面地连接处，右侧反射板也与第三平行线馈电线垂直设置。
进一步，多个天线单元以一定间隔、按照一定幅度分布获得对应比例能量，构成完整的砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列。
本发明砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列的横向尺寸小，便于在不引入栅瓣的情况下，从而在利用其组成二维阵列时，即使横向扫描角度较大，也不会产生栅瓣，十分有利于设计低成本、大扫描角二维扫描天线阵列。
附图说明
图1为现有瓦片式排列的一维频率扫描天线的结构示意图；
图2为本发明实施例中砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列的结构示意图；
图3是本发明实施例中扫描天线阵列的三维结构示意图；
图4为图3所示扫描天线阵列的每个天线单元的结构示意图；
图5为图3所示扫描天线阵列不同工作频率时的仿真结果。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图2所示，本发明提供一种砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，其横向尺寸D2比现有瓦片式排列的一维频率扫描天线的横向尺寸D1小很多，不容易在横向产生栅瓣。
如图3所示，砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列包括输入端口1、输出端口2以及位于输入端口1和输出端口2之间的多个天线单元，在本实施例中，天线单元具有20个。
如图4所示，每个天线单元包括：平行设置的多个辐射器、位于多个辐射器上方的引向器6、平行设置且与对应的辐射器垂直连接的多个平行线馈电线、与位于中间的平行线馈电线连接的带状线馈电线中心线10、与位于左边的平行线馈电线连接的上表面地11、与位于右边平行线馈电线连接的下表面地12、左侧反射板14、右侧反射板15以及位于带状线馈电线中心线10下方的带状线慢波线13。
本发明砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，使得可以在不产生栅瓣的情况下，进一步组成数字波束控制的二维波束扫描阵。
多个辐射器包括位于左边的第一辐射器4、位于中间的第二辐射器3和位于右边的第三辐射器5。其中第一辐射器4、第二辐射器第3和第三辐射器5均相互平行设置，第二辐射器3位于第一辐射器4和第三辐射器5之间；第一辐射器4、第二辐射器第3和第三辐射器5的结构相同，其长度为a，宽度为b，其中a为3.9mm至4.3mm之间(最好为4.1mm)，b为0.6mm至1.0mm之间(最好为0.8mm)。
引向器6设置在第二辐射器3的上方且与第二辐射器3平行设置。
带状线馈电线中心线10包括竖直段101和与竖直段101一端垂直连接的弯折段102，竖直段101和与竖直段101的宽度均为0.1mm至0.3mm(最好为0.2mm)。带状线馈电线中心线10的弯折段102与对应的慢波线13间隔设置，带状线馈电线中心线10的弯折段102与对应的慢波线13以一定间隔进行耦合，从而获取所分配能量；带状线慢波线13电长度为工作频率所对应电磁波介质波长的整数倍。
平行线馈电线包括与第一辐射器4一端垂直连接且位于左边的第一平行线馈电线7、与第二辐射器第3一端垂直连接且位于中间的第二平行线馈电线9、以及与第三辐射器5一端垂直连接且位于右边的第三平行线馈电线8。其中，第二平行线馈电线9与带状线馈电线中心线10的竖直段101另一端连接，第二辐射器3与带状线馈电线中心线10的弯折段102平行设置。
第一平行线馈电线7、第二平行线馈电线9和第三平行线馈电线8相互平行设置，第二平行线馈电线9位于第一平行线馈电线7和第三平行线馈电线8之间。
第一平行线馈电线7、第二平行线馈电线9和第三平行线馈电线8的结构相同，其长度为c，宽度为d，c为4.55mm至4.95mm之间(最好为4.75mm)，d为0.15mm至0.55m之间(最好为0.35mm)，第二平行线馈电线9的宽度大于带状线馈电线中心线10的宽度。
第一辐射器4与第一平行线馈电线7连接形成第一辐射馈电线，第二辐射器第3与第二平行线馈电线9连接形成第二辐射馈电线，第三辐射器5与第三平行线馈电线8连接形成第三辐射馈电线，其中，第一辐射馈电线、第二辐射馈电线和第三辐射馈电线相互平行设置，第二辐射馈电线位于第一辐射馈电线和第三辐射馈电线之间，第一辐射馈电线和第三辐射馈电线结构相同，第二辐射馈电线与第一辐射馈电线或第三辐射馈电线结构呈对称状态。
第一平行线馈电线7位于上表面地11的上方且第一平行线馈电线7末端与上表面地11上端连接，第三平行线馈电线8与位于下表面地15的上方且第三平行线馈电线8末端与下表面第15上端连接。
左侧反射板14位于第一平行线馈电线7与上表面地11连接处，左侧反射板14与第一平行线馈电线7垂直设置；右侧反射板15位于第三平行线馈电线8与下表面地12连接处，右侧反射板15也与第三平行线馈电线8垂直设置；左侧反射板14和右侧反射板15的宽度均为7mm-9mm之间(最好为8mm)。
多个天线单元以一定间隔、按照一定幅度分布获得对应比例能量，从而构成完整的砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列。
可以理解地，上述各个尺寸参数只是在本实施例中的一种优化设置，其不能作为限制本发明范围的理由，该各个尺寸参数可以根据实际情况进行优化配置。
图5为在实施例的方向图在不同工作频率时的仿真结果，表明以上实例均可以工作在13GHz到15GHz的工作范围内，实现80度的波束扫描范围。
可以理解地，上述各个尺寸参数只是在本实施例中的一种优化设置，其不能作为限制本发明范围的理由，该各个尺寸参数可以根据实际情况进行优化配置。
本发明砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列的横向尺寸小，便于在不引入栅瓣的情况下，从而在利用其组成二维阵列时，即使横向扫描角度较大，也不会产生栅瓣，十分有利于设计低成本、大扫描角二维扫描天线阵列。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，其特征在于，其包括输入端口、输出端口以及位于输入端口和输出端口之间的多个天线单元；其中每个天线单元包括：
多个辐射器，平行设置；
引向器，位于多个辐射器的上方；
多个平行线馈电线，与对应的辐射器垂直连接；
带状线馈电线中心线，与位于中间的平行线馈电线连接；
上表面地，与位于左边的平行线馈电线连接；
下表面地，与位于右边平行线馈电线连接；
左侧反射板，位于左边的平行线馈电线与所述上表面地连接处；
右侧反射板，位于右边的平行线馈电线与所述下表面地连接处；以及
带状线慢波线，位于所述带状线馈电线中心线的下方；其中，多个辐射器包括位于左边的第一辐射器、位于中间的第二辐射器和位于右边的第三辐射器，所述引向器设置在第二辐射器的上方且与第二辐射器平行设置。
2.根据权利要求1所述的砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，其特征在于：所述第一辐射器、第二辐射器第和第三辐射器的结构相同，第一辐射器、第二辐射器第和第三辐射器的长度均为a，宽度均为b，其中a为3.9mm至4.3mm之间，b为0.6mm至1.0mm之间。
3.根据权利要求1所述的砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，其特征在于：多个平行线馈电线包括与第一辐射器一端垂直连接且位于左边的第一平行线馈电线、与第二辐射器第一端垂直连接且位于中间的第二平行线馈电线以及与第三辐射器一端垂直连接且位于右边的第三平行线馈电线。
4.根据权利要求3所述的砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，其特征在于：所述带状线馈电线中心线包括竖直段和与竖直段一端垂直连接的弯折段，所述第二平行线馈电线与带状线馈电线中心线的竖直段另一端连接，第二辐射器与带状线馈电线中心线的弯折段平行设置。
5.根据权利要求3所述的砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，其特征在于：所述第二平行线馈电线的宽度大于带状线馈电线中心线的宽度。
6.根据权利要求3所述的砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，其特征在于：所述第一辐射器与第一平行线馈电线连接形成第一辐射馈电线，第二辐射器第与第二平行线馈电线连接形成第二辐射馈电线，第三辐射器与第三平行线馈电线连接形成第三辐射馈电线，其中，第一辐射馈电线、第二辐射馈电线和第三辐射馈电线相互平行设置，第二辐射馈电线位于第一辐射馈电线和第三辐射馈电线之间，第一辐射馈电线和第三辐射馈电线结构相同，第二辐射馈电线与第一辐射馈电线或第三辐射馈电线结构呈对称状态。
7.根据权利要求3所述的砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，其特征在于：所述第一平行线馈电线位于上表面地的上方且第一平行线馈电线末端与上表面地上端连接；所述第三平行线馈电线与位于下表面地的上方且第三平行线馈电线末端与下表面第上端连接。
8.根据权利要求7所述的砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，其特征在于：所述左侧反射板位于第一平行线馈电线与上表面地连接处，左侧反射板与第一平行线馈电线垂直设置；所述右侧反射板位于第三平行线馈电线与下表面地连接处，右侧反射板也与第三平行线馈电线垂直设置。
9.根据权利要求1所述的砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列，其特征在于：多个天线单元以一定间隔、按照一定幅度分布获得对应比例能量，构成完整的砖式排列的带状线馈电频率扫描天线阵列。
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