CN110165372B - 一种x波段船用雷达微带天线阵 - Google Patents

一种x波段船用雷达微带天线阵 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种X波段船用雷达微带天线阵，具体结构包括：介质基板、串馈微带阵、馈电网络和金属地板；所述串馈微带阵固定连接在介质基板的上表面，所述金属地板固定连接在介质基板的下表面；所述串馈微带阵包括四个相同结构的串馈微带子阵I、串馈微带子阵II、串馈微带子阵III和串馈微带子阵，所述串馈微带子阵I包括多个辐射贴片和多段阶跃阻抗连接线，通过调节所述阶跃阻抗连接线来降低副瓣电平、优化波束宽度和抑制交叉极化。该结构通过采用阶跃阻抗连接线，降低了副瓣电平、优化了波束宽度和抑制了交叉极化。

Description

一种X波段船用雷达微带天线阵
技术领域
本发明涉及射频技术领域，尤其涉及一种X波段船用雷达微带天线阵。
背景技术
船用雷达用于航行避让和船舶定位。在能见度不良情况下，可保障船舶安全航行。天线作为雷达的重要组成部分，其指标的好坏直接影响雷达的整体性能。传统的船用雷达天线多采用波导缝隙结构，但是波导缝隙天线尺寸较大，加工成本高。为了便于安装和提高对快速运动小目标的跟踪能力，需要进一步减小天线尺寸和提高转速。
微带结构的雷达天线成本低，体积小，适合安装于中、小型船舶。目前微带结构的船用雷达天线阵，主要采用并馈、串馈或耦合馈电方式。并馈结构中存在大量的功分器和较长的传输线，馈电网络尺寸大，损耗高。中心馈电的串馈结构其馈电网络需要增加一个额外的180度相移器以补偿两侧辐射子阵的相位差。目前所采用的180度相移器大多由半波长传输线构成，占用电路面积大，工作带宽窄。此外，传统结构的并馈和串馈微带天线阵的馈电网络都会产生杂散辐射，降低了天线的交叉极化鉴别率和增益。对于耦合馈电结构，则需要多层介质板才能实现。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种X波段船用雷达微带天线阵，具体结构包括：介质基板、串馈微带阵、馈电网络和金属地板；
所述串馈微带阵固定连接在介质基板的上表面，所述金属地板固定连接在介质基板的下表面；
所述串馈微带阵包括四个相同结构的串馈微带子阵I、串馈微带子阵II、串馈微带子阵III和串馈微带子阵，所述串馈微带子阵I包括多个辐射贴片和多段阶跃阻抗连接线，通过调节所述阶跃阻抗连接线来降低副瓣电平、优化波束宽度和抑制交叉极化；
所述馈电网络包括两个具有辐射功能以及相同结构的L型缺陷方形功分器I、L型缺陷方形功分器II以及微带连接线和输入连接器；所述馈电网络辐射电磁波的主极化方向与串馈微带阵的主极化方向相同；
所述L型缺陷方形功分器I包括L型缺陷方形贴片、输入端口I、输出端口I和输出端口II；输出端口I和输出端口II的输出信号功率相等、输出端口I的输出信号比输出端口II的输出信号相位落后180度。
所述L型缺陷方形功分器II包括L型缺陷方形贴片II、输入端口II、第二输出端口I和第二输出端口II；所述第二输出端口I和第二输出端口II的输出信号功率相等、且第二输出端口I的输出信号比第二输出端口II的输出信号相位落后180度；输入端口II与输入端口I通过微带连接线(33)相连接。
所述输出端口I与串馈微带子阵I相连接；所述输出端口II与串馈微带子阵III相连接；所述第二输出端口I与串馈微带子阵II相连接；所述第二输出端口II与串馈微带子阵相连接。
所述输入连接器包括内导体、外导体以及设置在内导体和外导体)之间的填充介质；所述内导体穿过金属地板和介质基板设置、并连接于微带连接线的中央位置；所述外导体与金属地板相连接。
进一步的，所述串馈微带子阵I和串馈微带子阵II之间的中心距离为中心工作频率所对应的0.9个波长；所述串馈微带子阵III和串馈微带子阵之间的中心距离为中心工作频率所对应的0.9个波长。
进一步的，所述串馈微带子阵I中相邻方形辐射贴片之间的中心距离为中心工作频率所对应的一个波长。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种X波段船用雷达微带天线阵，该结构通过采用阶跃阻抗连接线，降低了副瓣电平、优化了波束宽度和抑制了交叉极化；另外，采用具有180度相移和辐射功能的L型缺陷方形功分器，减小了天线尺寸和提高了天线增益，同时具有结构紧凑，制作成本低等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明X波段船用雷达微带天线阵的俯视图；
图2为本发明X波段船用雷达微带天线阵的侧视图；
图3为本发明X波段船用雷达微带天线阵中的馈电网络的S参数幅度曲线；
图4为本发明X波段船用雷达微带天线阵中的馈电网络的S参数相位差曲线；
图5为本发明X波段船用雷达微带天线阵中的馈电网络在中心工作频率9.41GHz处的水平面方向图；
图6为本发明X波段船用雷达微带天线阵的输入电压驻波比曲线；
图7为本发明X波段船用雷达微带天线阵在中心工作频率9.41GHz处的水平面方向图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种X波段船用雷达微带天线阵，图1为本发明X波段船用雷达微带天线阵的俯视图。图2为本发明X波段船用雷达微带天线阵的侧视图。如图1和2所示，该天线包括介质基板1、串馈微带阵2、馈电网络3和金属地板4。
所述串馈微带阵2印制于介质基板1的上表面，所述金属地板4印制于介质基板1的下表面；
所述串馈微带阵2包括四个结构和尺寸都完全相同的串馈微带子阵I 21、串馈微带子阵II22、串馈微带子阵III23和串馈微带子阵24；
所述串馈微带子阵I21包括N个辐射贴片211和N段阶跃阻抗连接线212；通过调节所述阶跃阻抗连接线212可以降低副瓣电平、优化波束宽度和抑制交叉极化；
所述馈电网络3包括两个具有辐射功能的L型缺陷方形功分器I 31和L型缺陷方形功分器II32、微带连接线33、输入连接器34；所述馈电网络3辐射电磁波的主极化方向与串馈微带阵2的主极化方向相同，提高了所述X波段船用雷达微带天线阵的增益。
所述L型缺陷方形功分器I31包括L型缺陷方形贴片311、输入端口I 312、输出端口I313和输出端口II314；所述输出端口I313和输出端口II314的输出信号功率相等，且输出端口I313的输出信号比输出端口II314的输出信号相位落后180度；
所述L型缺陷方形功分器II32包括L型缺陷方形贴片II 321、输入端口II 322、第二输出端口I 323和第二输出端口II 324；所述第二输出端口I 323和第二输出端口II 324的输出信号功率相等，且输出端口323的输出信号比输出端口324的输出信号相位落后180度；
所述输入端口I 312和输入端口II 322通过微带连接线33连接到一起。
所述输出端口I313与串馈微带子阵I 21相连接；所述输出端口II314与串馈微带子阵23相连接；所述第二输出端口I 323与串馈微带子阵22相连接；所述第二输出端口II324与串馈微带子阵24相连接；
所述输入连接器34包括内导体341、外导体342和内导体341和外导体342之间的填充介质343；所述内导体341穿过金属地板4和介质基板1，并连接于微带连接线33的中央位置；所述外导体342与金属地板4相连接；
进一步的，所述串馈微带子阵I 21和串馈微带子阵II22之间的中心距离为中心工作频率所对应的0.9个波长；所述串馈微带子阵III23和串馈微带子阵24之间的中心距离为中心工作频率所对应的0.9个波长；
进一步的，所述辐射贴片211为方形结构。
进一步的，所述串馈微带子阵I 21中相邻方形辐射贴片之间的中心距离为中心工作频率所对应的一个波长；
图3为本发明X波段船用雷达微带天线阵中的馈电网络的S参数幅度曲线。从图3可以看到，馈电网络在9.05GHz～9.80GHz频率范围内匹配良好，并且四个输出端口的输出信号功率基本相等。图4为本发明X波段船用雷达微带天线阵中的馈电网络的S参数相位差曲线。从图4可以看到，在中心工作频率9.41GHz处，输出端口I 313的输出信号比输出端口II314的输出信号相位落后180度，第二输出端口I 323的输出信号比第二输出端口II 324的输出信号相位落后180度。图5为本发明X波段船用雷达微带天线阵中的馈电网络在9.41GHz处的水平面方向性图。从图5可以看到，在水平面的最大辐射方向(Theta＝0度)，馈电网络的增益为9dBi，水平极化比垂直极化大50dB以上。图6为本发明X波段船用雷达微带天线阵的输入电压驻波比曲线。从图6可以看到，天线在9.338GHz～9.486GHz频率范围内电压驻波比小于2，阻抗带宽达到了148MHz，中心工作频率9.41GHz处电压驻波比为1.03，说明天线匹配良好。图7为本发明X波段船用雷达微带天线阵在中心工作频率9.41GHz处的水平面方向性图。从图7可以看到，本发明X波段船用雷达微带天线阵的增益达20dBi，水平面半功率波瓣宽度为7度，水平面副瓣电平为-28dB，主瓣内交叉极化鉴别率大于60dB。图5和图7表明馈电网络与微带天线阵的主极化方向一致。图6和图7说明本发明微带天线阵的性能良好，满足船用雷达应用要求。
综上所述，本发明一种X波段船用雷达微带天线阵，由于采用了阶跃阻抗连接线，降低了副瓣电平、优化了波束宽度和抑制了交叉极化；采用具有180度相移和辐射功能的L型缺陷方形功分器，减小了天线尺寸和提高了天线增益，同时具有结构紧凑，制作成本低等特点，非常适合应用于船用雷达中。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种X波段船用雷达微带天线阵，其特征在于包括：介质基板(1)、串馈微带阵(2)、馈电网络(3)和金属地板(4)；
所述串馈微带阵(2)固定连接在介质基板(1)的上表面，所述金属地板(4)固定连接在介质基板(1)的下表面；
所述串馈微带阵(2)包括四个相同结构的串馈微带子阵I(21)、串馈微带子阵II(22)、串馈微带子阵III(23)和串馈微带子阵(24)，所述串馈微带子阵I(21)包括多个辐射贴片(211)和多段阶跃阻抗连接线(212)，所述多个辐射贴片(211)通过所述多段阶跃阻抗连接线(212)串联连接起来，通过调节所述多段阶跃阻抗连接线(212)来降低副瓣电平、优化波束宽度和抑制交叉极化；
所述馈电网络(3)包括两个具有辐射功能以及相同结构的L型缺陷方形功分器I(31)、L型缺陷方形功分器II(32)以及微带连接线(33)和输入连接器(34)；所述馈电网络(3)辐射电磁波的主极化方向与串馈微带阵(2)的主极化方向相同；
所述L型缺陷方形功分器I(31)包括L型缺陷方形贴片(311)、输入端口I(312)、输出端口I(313)和输出端口II(314)；输出端口I(313)和输出端口II(314)的输出信号功率相等、输出端口I(313)的输出信号比输出端口II(314)的输出信号相位落后180度，L型缺陷方形贴片(311)由贴片的其中一个角切掉一个“L”型切角形成；输入端口I(312)设置在L型缺陷方形贴片(311)中的设有“L”型切角的一条边上，输出端口I(313)和输出端口II(314)分别设置在与该条边相邻的两条边上；
所述L型缺陷方形功分器II(32)包括L型缺陷方形贴片II(321)、输入端口II(322)、第二输出端口I(323)和第二输出端口II(324)；所述第二输出端口I(323)和第二输出端口II(324)的输出信号功率相等、且第二输出端口I(323)的输出信号比第二输出端口II(324)的输出信号相位落后180度；输入端口II(322)与输入端口I(312)通过微带连接线(33)相连接，L型缺陷方形贴片II(321)由贴片的其中一个角切掉一个“L”型切角形成；输入端口II(322)设置在L型缺陷方形贴片II(321)中的设有“L”型切角的一条边上，第二输出端口I(323)和第二输出端口II(324)分别设置在与该条边相邻的两条边上；
所述输出端口I(313)与串馈微带子阵I(21)相连接；所述输出端口II(314)与串馈微带子阵III(23)相连接；所述第二输出端口I(323)与串馈微带子阵II(22)相连接；所述第二输出端口II(324)与串馈微带子阵(24)相连接；
所述输入连接器(34)包括内导体(341)、外导体(342)以及设置在内导体(341)和外导体(342)之间的填充介质(343)；所述内导体(341)穿过金属地板(4)和介质基板(1)设置、并连接于微带连接线(33)的中央位置；所述外导体(342)与金属地板(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种X波段船用雷达微带天线阵，其特征还在于：所述串馈微带子阵I(21)中相邻辐射贴片之间的中心距离为中心工作频率所对应的一个波长。
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