CN110611158A - 一种相控阵天线校正网络 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相控阵天线校正网络，包括金属反射板(10)、辐射块(20)和校正块(30)，所述金属反射板(10)上设有凹槽(11)，所述校正块(30)内嵌于金属反射板(10)的凹槽(11)中；所述辐射块(20)固定在所述校正块(30)上，所述辐射块(20)与所述校正块(30)电磁耦合连接，校正块(30)将能量传输至校正分机，本发明的优点在于：重量轻、剖面低、易维修、鲁棒性强以及耦合度可控。

Description

一种相控阵天线校正网络
技术领域
本发明涉及相控阵天线领域，更具体涉及一种相控阵天线校正网络。
背景技术
对于相控阵天线，需要对各天线单元的幅度、相位独立控制，才能确保相控阵天线的性能，校正网络是不可或缺的一个装置。很多研究学者对校正网络进行了研究，一款优秀的校正网络一般具有以下特点：重量轻、剖面低、易维修、鲁棒性强、耦合度可控。
论文《X波段一体化阵列天线设计》(官伟，孙绍国，雷达对抗，2012)以及中国专利申请号为201510710421.8，专利名称为一种C波段一体化微带天线的材料中采用串馈式校正网络，将校正网络与天线阵列集成，通过斜耦合孔从主路传输线上耦合一部分能量。该校正网络位于天线阵列后方，受外界干扰较小，且耦合度可以通过斜耦合孔尺寸控制，因此，该校正网络具有重量轻、鲁棒性强、耦合度可控。但是由于校正网络与天线阵列集成设计带来整个天线阵列剖面高、维修性差的缺点。
中国专利申请号为201610082775.7，专利名称为一种串馈式波导校正网络的专利文献中采用主传输波导和耦合传输波导公用一处公共壁，通孔在金属壁上开耦合孔，将主传输波导的部分信号耦合进入传输波导中。该波导校正线通过堆叠双层波导实现校正，具有鲁棒性强、耦合度可控等优点，但存在所占尺寸较大，重量较重的缺点。
论文《一种圆形智能天线阵列与校正网络的设计》(张福顺等，电波科学学报，2006)中的校正线采用威尔金森并馈网络和末级耦合线组成的耦合网络，该校正网络具有重量轻、剖面低、耦合度可控等优点，但是缺点是结构复杂，尺寸较大，难集成，鲁棒性较差。
现代高速飞行器，如飞机、导弹、卫星等平台，甚至是地面及车载平台均对校正网络的性能提出了严格的要求：重量轻、剖面低、易维修、鲁棒性强、耦合度可控。现已公开的校正网络设计很难同时满足上述要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何降低整个天线阵列剖面，增强系统鲁棒性。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种相控阵天线校正网络，包括金属反射板(10)、辐射块(20)和校正块(30)，所述金属反射板(10)上设有凹槽(11)，所述校正块(30)内嵌于金属反射板(10)的凹槽(11)中；所述辐射块(20)固定在所述校正块(30)上，所述辐射块(20)与所述校正块(30)通过空间的电磁耦合连接，校正块(30)将能量传输至校正分机。本发明的校正块(30)内嵌于金属反射板(10)，降低了天线剖面，满足天线系统的小型化设计需求，另外，本发明将校正块(30)内嵌于金属反射板(10)，有效地隔离外界干扰，增加了系统的鲁棒性。
优选的，所述辐射块(20)包括若干水平辐射块(21)和若干垂直辐射块(22)；若干个水平辐射块(21)呈直线阵列状设置，且相邻的两个水平辐射块之间存在间隔；所述水平辐射块(21)可拆卸连接在所述金属反射板(10)上；所述间隔内设有金属耦合柱(32)；垂直辐射块(22)垂直于水平辐射块(21)所在阵列以及金属反射板(10)设置，且垂直辐射块(22)可拆卸连接在所述金属反射板(10)上。通过水平辐射块(21)和垂直辐射块(22)的设置，在系统只选择水平辐射块(21)或者垂直辐射块(22)参与工作的时候属于单极化相控阵，在系统同时选择水平辐射块(21)和垂直辐射块(22)参与工作的时候属于双极化相控阵，本发明通过调节金属耦合柱与水平辐射块(21)和垂直辐射块(22)之间的相对位置，达到调控双极化天线耦合度的目的，对于双极化相控阵不需要设计两套校正网络，减少天线系统的重量以及尺寸，另外，可以调节耦合传输线与带状传输线之间的缝隙，可实现不同位置的天线耦合度的控制。
优选的，所述校正块(30)包括校正介质板(31)、上金属地板(35)以及下金属地板(36)，所述凹槽(11)为长条形，且所述凹槽(11)正对于相邻两个水平辐射块(21)之间间隔的部分朝向所述金属耦合柱(22)延伸；所述下金属地板(36)、下校正介质板(31)、上校正介质板(38)以及上金属地板(35)的形状均与凹槽(11)相同，且下金属地板(36)、下校正介质板(31)、上校正介质板(38)以及上金属地板(35)依次叠加并位于所述凹槽(11)中；所述金属耦合柱(32)依次竖直穿过上金属地板(35)、下校正介质板(31)、上校正介质板(38)以及下金属地板(36)与金属反射板(10)固定连接。
优选的，所述上金属地板(35)和金属反射板(10)密封连接，密封连接的作用是使得校正块(30)整体密封在金属反射板(10)，减少电磁干扰，增加了系统的鲁棒性。
优选的，所述校正块(30)还包括若干带状传输线(33)以及若干耦合传输线(34)，其中，所述带状传输线(33)位于所述下校正介质板(31)和上校正介质板(38)之间，且沿所述下校正介质板(31)长度方向贴敷在所述下校正介质板(31)上；
耦合传输线(34)设置在所述凹槽(11)朝向所述金属耦合柱(32)延伸的部分内，且贴敷在下校正介质板(31)上，所述耦合传输线(34)分为相互连接的头部和尾部，所述头部的长度方向与带状传输线(33)平行且与所述带状传输线(33)电磁耦合连接，所述尾部为闭环或者开环的环状结构，且容纳所述金属耦合柱(32)穿过，并与所述金属耦合住(32)电连接。
优选的，所述校正块(30)还包括两个校正连接器(37)，所述两个校正连接器(37)分别接在所述带状传输线(33)的两端，所述两个校正连接器(37)分别连接至匹配负载和校正分机。
优选的，所述上金属地板(35)上设有通孔，所述金属耦合柱(32)穿过所述通孔与所述下校正介质板(31)连接，所述金属耦合柱(32)的直径小于通孔的直径。金属耦合柱(32)耦合水平辐射块(21)和垂直辐射块(22)辐射的能量，并将采集的能量通过耦合传输线(34)耦合至带状传输线(33)，如果上金属地板(35)与金属耦合柱(32)接触的话，能量将传输到上金属地板(35)损失掉，所以金属耦合柱(32)与上金属地板(35)之间应当没有接触，金属耦合柱(32)只需从上金属地板(35)穿过即可。
优选的，所述金属耦合柱(32)的形状为柱形、矩体形中的一种。金属耦合柱(32)只要能够耦合水平辐射块(21)和垂直辐射块(22)辐射的能量，并将采集的能量通过耦合传输线(34)耦合至带状传输线(33)即可，所以并不特别限定金属耦合柱(32)的形状。
本发明的优点在于：
1)本发明的校正块内嵌于金属反射板，降低了天线剖面，另外，校正块内嵌于金属反射板，有效地隔离外界干扰，增加了系统的鲁棒性。
2)本发明校正块与辐射块分离设计，可以对任意天线单元实现独立更换，提高可维修性。
3)本发明具有双极化耦合度可控的优点。本发明的校正网络，可以通过调节金属耦合柱与两种极化天线单元(水平辐射块和垂直辐射块)之间的相对位置，达到调控双极化天线耦合度的目的，不需要设计两套校正网络，具有尺寸小，重量轻的优点，另外，可以调节耦合传输线与带状传输线之间的缝隙，可实现不同位置的天线耦合度的控制。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的一种相控阵天线校正网络的整体结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的一种相控阵天线校正网络的爆炸分解示意图；
图3为本发明实施例所公开的一种相控阵天线校正网络的俯视图；
图4为本发明实施例所公开的一种相控阵天线校正网络的除去上金属地板以及校正连接器的透视图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，一种相控阵天线校正网络，包括金属反射板10、辐射块20和校正块30；
所述金属反射板10上设有凹槽11，所述辐射块20包括若干水平辐射块21和若干垂直辐射块22；若干个水平辐射块21呈直线阵列状设置，且相邻的两个水平辐射块21之间存在间隔；水平辐射块21为板状结构，所有的水平辐射块21的面积较大的侧面共面设置，所述水平辐射块21可拆卸连接在所述金属反射板10上；所述间隔内设有金属耦合柱32；垂直辐射块22垂直于水平辐射块21所在阵列以及金属反射板10设置，且垂直辐射块22可拆卸连接在所述金属反射板10上。所述校正块30包括下校正介质板31、上校正介质板38、上金属地板35以及、下金属地板36，水平面上看去，所述凹槽11为长条形，且所述凹槽11正对于相邻两个水平辐射块21之间间隔的部分朝向所述金属耦合柱32延伸；所述下金属地板36、下校正介质板31、上校正介质板38以及上金属地板35的形状均与凹槽11相同，且下金属地板36、下校正介质板31、上校正介质板38以及上金属地板35依次叠加并位于所述凹槽11中；所述金属耦合柱32依次竖直穿过上金属地板35、下校正介质板31、上校正介质板38以及下金属地板36与金属反射板10固定连接。所述上金属地板35和金属反射板10密封连接。
所述校正块30还包括若干带状传输线33以及若干耦合传输线34，其中，所述带状传输线33位于所述下校正介质板31和上校正介质板38之间，且沿所述下校正介质板31长度方向贴敷在所述下校正介质板31上；耦合传输线34设置所述凹槽11在朝向所述金属耦合柱32延伸的部分内，且贴敷在下校正介质板31上，所述耦合传输线34分为相互连接的头部和尾部，所述头部的长度方向与带状传输线33平行且与所述带状传输线33电磁耦合连接，所述尾部为闭环或者开环的环状结构，且容纳所述金属耦合柱32穿过，并与所述金属耦合住32电连接。需要注意的是，所述金属耦合柱32的形状为柱形、矩体形中的一种，具体的，所述金属耦合柱32的水平方向上的截面形状为矩形、多边形或者圆形中的一种，所述金属耦合柱32竖直方向上为竖直的或者弯折的。金属耦合柱32只要能够耦合水平辐射块21和垂直辐射块22辐射的能量，并将采集的能量通过耦合传输线34耦合至带状传输线33即可，所以并不特别限定金属耦合柱32的形状。
所述校正块30还包括两个校正连接器37，所述两个校正连接器37分别接在所述带状传输线33的两端，所述两个校正连接器37分别连接匹配负载和校正分机。校正分机能够接收校正网络的数据，将数据发送给控制器，控制器根据将数据与内部存储的数据进行比对，然后控制辐射块20，对辐射块20进行调整。
具体的，所述上金属地板35上设有通孔，所述金属耦合柱32穿过所述通孔与所述下校正介质板31连接，所述金属耦合柱32的直径小于通孔的直径。金属耦合柱32耦合水平辐射块21和垂直辐射块22辐射的能量，并将采集的能量通过耦合传输线34耦合至带状传输线33，如果上金属地板35与金属耦合柱32接触的话，能量将传输到上金属地板35损失掉，所以金属耦合柱32与上金属地板35之间应当没有接触，金属耦合柱32只需从上金属地板35穿过即可。
本发明的工作过程和工作原理为：金属耦合柱32耦合水平辐射块21和垂直辐射块22辐射的能量，并将采集的能量通过耦合传输线34耦合至带状传输线33，带状传输线33连接了校正连接器37，其中的一个校正连接器37再连接至校正分机，将能量传输至校正分机，校正分机接收校正网络的数据，将数据发送给控制器，控制器根据将数据与内部存储的数据进行比对，然后控制辐射块20，对辐射块20进行调整，完成幅值和相位的校正。本发明的改进点不在于控制器的控制部分，所以对于控制器型号以及控制器的控制策略不做描述，可以采用现有技术的控制器实现对辐射块20的控制。
通过以上技术方案，本发明提供的一种相控阵天线校正网络，具有重量轻、剖面低、易维修、鲁棒性强以及耦合度可控的优点，传统校正网络位于天线后侧，与天线馈电线之间通过缝隙耦合，将天线单元与校正网络一体化集成，带来的缺点是导致天线的整个剖面较高，不利于天线系统的小型化，而本发明的校正网络内嵌于金属反射板，降低了天线剖面，并且校正网络与天线分离设计，可以对任意天线单元实现独立更换，提高可维修性。传统的校正网络是微带线结构时，裸露的校正线会受到外界干扰(电磁、雨露、盐雾等)。如果通过增加金属腔体等屏蔽结构对空间电磁波隔离会增加校正网络的重量和剖面高度等，而本发明采用带状线结构，并内嵌于金属反射板，有效地隔离外界干扰，增加了系统的鲁棒性。现有技术的单根微带传输线的校正网络，耦合度很难控制，起伏较大，尤其对于双极化相控阵系统，另外对于利用斜耦合孔耦合的校正网络，虽然耦合度可控，但只能针对单极化相控阵。对于双极化相控阵，需要两套校正网络，这会增加天线系统的重量及尺寸，而本发明的校正网络，可以通过调节金属耦合柱与两种极化天线单元之间的相对位置，达到调控双极化天线耦合度的目的。另外，可以调节耦合传输线与带状传输线之间的缝隙，可实现不同位置的天线耦合度的控制。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种相控阵天线校正网络，其特征在于，包括金属反射板(10)、辐射块(20)和校正块(30)，所述金属反射板(10)上设有凹槽(11)，所述校正块(30)内嵌于金属反射板(10)的凹槽(11)中；所述辐射块(20)固定在所述校正块(30)上，所述辐射块(20)与所述校正块(30)电磁耦合连接，校正块(30)将能量传输至校正分机。
2.根据权利要求1所述的一种相控阵天线校正网络，其特征在于，所述辐射块(20)包括若干水平辐射块(21)和若干垂直辐射块(22)；
若干个水平辐射块(21)呈直线阵列状设置，且相邻的两个水平辐射块之间存在间隔；所述水平辐射块(21)可拆卸连接在所述金属反射板(10)上；
所述间隔内设有金属耦合柱(32)；
垂直辐射块(22)垂直于水平辐射块(21)所在阵列以及金属反射板(10)设置，且垂直辐射块(22)可拆卸连接在所述金属反射板(10)上。
3.根据权利要求2所述的一种相控阵天线校正网络，其特征在于，所述校正块(30)包括下校正介质板(31)、上校正介质板(38)、上金属地板(35)以及下金属地板(36)，所述凹槽(11)为长条形，且所述凹槽(11)正对于相邻两个水平辐射块(21)之间间隔的部分朝向所述金属耦合柱(32)延伸；
所述下金属地板(36)、下校正介质板(31)、上校正介质板(38)以及上金属地板(35)的形状均与凹槽(11)相同，且下金属地板(36)、下校正介质板(31)、上校正介质板(38)以及上金属地板(35)依次叠加并位于所述凹槽(11)中；
所述金属耦合柱(32)依次竖直穿过上金属地板(35)、上校正介质板(38)、下校正介质板(31)以及下金属地板(36)与金属反射板(10)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种相控阵天线校正网络，其特征在于，所述上金属地板(35)和金属反射板(10)密封连接。
5.根据权利要求3所述的一种相控阵天线校正网络，其特征在于，所述校正块(30)还包括若干带状传输线(33)以及若干耦合传输线(34)，其中，
所述带状传输线(33)位于所述下校正介质板(31)和上校正介质板(38)之间，且沿所述下校正介质板(31)长度方向贴敷在所述校正介质板(31)上；
耦合传输线(34)设置所述凹槽(11)在朝向所述金属耦合柱(32)延伸的部分内，且贴敷在下校正介质板(31)上，所述耦合传输线(34)分为相互连接的头部和尾部，所述头部的长度方向与带状传输线(33)平行且与所述带状传输线(33)电磁耦合连接，所述尾部为闭环或者开环的环状结构，且容纳所述金属耦合柱(32)穿过，并与所述金属耦合柱(32)电连接。
6.根据权利要求5所述的一种相控阵天线校正网络，其特征在于，所述校正块(30)还包括两个校正连接器(37)，所述两个校正连接器(37)分别接在所述带状传输线(33)的两端，所述两个校正连接器(37)还分别连接负载及校正分机。
7.根据权利要求5所述的一种相控阵天线校正网络，其特征在于，所述上金属地板(35)上设有通孔，所述金属耦合柱(32)穿过所述通孔与所述下校正介质板(31)连接，所述金属耦合柱(32)的直径小于通孔的直径。
8.根据权利要求5所述的一种相控阵天线校正网络，其特征在于，所述金属耦合柱(32)的形状为柱形、矩体形中的一种。
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