CN111129723B - 一种宽频带双极化阵列天线单元 - Google Patents

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Abstract

一种新型宽频带双极化阵列天线单元，属于天线技术领域，天线单元顶部通过围绕单元边界的金属化通孔进行接地，有效降低了阵列扫描过程中单元有源驻波比的波动，有利于实现宽扫描角下的阻抗匹配，改善了阵列天线单元的波束扫描特性；采用辐射贴片结合反射贴片的方式增大天线单元的带宽，并实现E面和H面辐射方向图的等化；在天线单元的辐射贴片中间增加接地通孔，使辐射贴片中心成为零电位点，结合带状线转接馈电点位置的方式，实现了双极化天线单元所需的两个端口位置的灵活选取，有利于天线单元与TR组件的集成。

Description

一种宽频带双极化阵列天线单元
技术领域
本发明涉及一种新型宽频带双极化阵列天线单元，特别涉及一种用于大角度扫描阵列天线系统的新型宽频带双极化阵列天线单元，属于天线技术领域。
背景技术
相控阵天线因具有波束方向快速扫描、波束形状灵活变化、辐射功率空间合成以及可实现同时多波束等突出优势，广泛应用于雷达、测控、通信等众多领域。对于扫描范围达到±60°的阵列天线，为了避免栅瓣的出现，其单元间距一般在半波长左右。较小的单元间距增大了相邻单元间的互耦，进而带来阵内单元有源输入阻抗波动、阵内单元方向图恶化等后果，严重时甚至会导致阵列天线在扫描特定角度时的增益急剧降低，出现扫描盲点。
为了改善阵列天线的扫描特性，常采用在天线间加载电磁隔离结构的方法。例如缺陷地结构、电磁带隙、磁负材料、开口谐振环等周期性电磁结构。但以上电磁隔离结构存在占用空间大的问题，不利于组阵应用。另一方面，抑制阵中单元有源输入阻抗波动，在阵列中实现宽扫描角下的阻抗匹配，是大角度扫描阵列天线设计过程中的一个关键问题，一般可采用宽角阻抗匹配层补偿天线单元在不同扫描角下的输入电抗变化，具体包括介质匹配层、超表面匹配层、频率选择表面匹配层等多种实现方案。宽角阻抗匹配层结构复杂，且需要加载到阵列上方特定位置处，对相控阵的结构设计也提出了更高的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种新型宽频带双极化阵列天线单元，天线单元顶部通过围绕单元边界的金属化通孔进行接地，有效降低了阵列扫描过程中单元有源驻波比的波动，有利于实现宽扫描角下的阻抗匹配，改善了阵列天线单元的波束扫描特性；采用辐射贴片结合反射贴片的方式增大天线单元的带宽，并实现E面和H面辐射方向图的等化；在天线单元的辐射贴片中间增加接地通孔，使辐射贴片中心成为零电位点，结合带状线转接馈电点位置的方式，实现了双极化天线单元所需的两个端口位置的灵活选取，有利于天线单元与TR组件的集成。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种新型宽频带双极化阵列天线单元，包括上下地板、金属化通孔、辐射贴片、反射贴片、中心接地通孔、带状线转接结构、中地板、贴片馈电探针；
所述金属化通孔位于上下地板之间，且与上下地板连接，多个金属化通孔呈圆周形分布形成圆柱区域；所述辐射贴片、反射贴片、中心接地通孔、带状线转接结构均位于所述圆柱区域内；
所述辐射贴片与上下地板的第一表面位于同一平面，所述反射贴片、中地板、带状线转接结构依次远离所述上下地板的第一表面；
所述中心接地通孔贯穿辐射贴片和反射贴片，且与辐射贴片和反射贴片均接触导通；带状线转接结构用于连接外部馈电探针和贴片馈电探针；所述贴片馈电探针用于对辐射贴片馈电。
优选的，所述上下地板、辐射贴片、反射贴片、中地板的金属覆铜图形均采用照相制版制作。
优选的，所述金属化通孔采用机械加工制成。
优选的，所述金属化通孔用于屏蔽电磁信号。
优选的，所述辐射贴片和反射贴片共同用于电磁信号辐射。
优选的，所述辐射贴片为带有扇形缺口和矩形连接端的圆形。
优选的，所述反射贴片为带有扇形缺口的圆形。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明采用围绕单元边界的金属化通孔接地改善其扫描特性。金属化通孔的顶部与底部必须为大面积的金属地板。与在单元间加载周期性电磁屏蔽结构的方案相比，金属化通孔接地方案占用空间小，屏蔽效果好，且不增大单元体积，更适用于单元密集排布的宽角扫描阵列天线。金属化通孔与地板共同构成的电磁屏蔽结构可以有效降低阵列扫描过程中单元有源驻波比的波动，有利于实现宽扫描角下的阻抗匹配。在扫描角小于60°时，可以在达到近似于加载宽角匹配层效果的同时，结构更简单，工程实现更容易；
(2)本发明通过采用馈电贴片结合反射贴片的方式，在增大天线单元带宽的同时，实现了E面和H面辐射方向图的等化；
(3)本发明在天线单元的辐射贴片中间增加了接地的金属化通孔，使辐射贴片中心成为零电位点，将辐射贴片的馈电点位置向外延伸，进一步结合带状线转接馈电点位置的方式，实现了天线单元的双极化馈电。天线单元端口位置可灵活选取，有利于天线单元与TR组件的集成。
附图说明
图1为本发明的新型宽频带双极化阵列天线单元总体结构图。
图2为本发明的新型宽频带双极化阵列天线单元的辐射贴片及馈电部分结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
实施例1：
一种新型宽频带双极化阵列天线单元，包括上下地板1、金属化通孔2、辐射贴片3、反射贴片4、中心接地通孔5、带状线转接结构6、中地板7、贴片馈电探针8；
所述金属化通孔2位于上下地板1之间，且与上下地板1连接，多个金属化通孔2呈圆周形分布形成圆柱区域；所述辐射贴片3、反射贴片4、中心接地通孔5、带状线转接结构6均位于所述圆柱区域内；
所述辐射贴片3与上下地板1的第一表面位于同一平面，所述反射贴片4、中地板7、带状线转接结构6依次远离所述上下地板1的第一表面；
所述中心接地通孔5贯穿辐射贴片3和反射贴片4，且与辐射贴片3和反射贴片4均接触导通；带状线转接结构6用于连接外部馈电探针和贴片馈电探针8；所述贴片馈电探针8用于对辐射贴片3馈电。
所述上下地板1、辐射贴片3、反射贴片4、中地板7的金属覆铜图形均采用照相制版制作。
所述金属化通孔2采用机械加工制成。所述金属化通孔2用于屏蔽电磁信号。
所述辐射贴片3和反射贴片4共同用于电磁信号辐射。所述辐射贴片3为带有扇形缺口和矩形连接端的圆形。所述反射贴片4为带有扇形缺口的圆形。
实施例2：
一种新型宽频带双极化阵列天线单元，总体技术方案为：由上下地板1、金属化通孔2、辐射贴片3、反射贴片4、中心接地通孔5、带状线转接结构6、中地板7、贴片馈电探针8组成。天线单元基于PCB工艺加工，工程实现简单。上下地板与金属化通孔共同构成电磁屏蔽结构，在改善阵列扫描特性的同时，不增大单元体积，适用于单元密集排布的大角度扫描阵列天线。结合辐射与反射双层贴片结构增大了天线单元的带宽，并实现了天线单元双极化方向图的等化。在天线单元的辐射贴片中间增加接地通孔，使辐射贴片中心成为零电位点，结合带状线转接馈电点位置的方式，实现了双极化天线单元所需的两个端口位置的灵活选取，有利于天线单元与TR组件的集成。
具体的，一种改善扫描特性的阵列天线单元，天线单元基于PCB工艺加工。天线单元的金属部分结构如图1所示，由上下地板1、金属化通孔2、辐射贴片3、反射贴片4、中心接地通孔5、带状线转接结构6、中地板7、贴片馈电探针8组成。各层平面金属覆铜图形均为照相制版制作，金属化通孔部分为多层印制板压合后机械加工完成。
如图1所示，金属化通孔2围绕天线单元边界密集排布，其上下两端与天线单元的上下地板1连接。通孔的直径以及相邻通孔的间距需进行优化以达到最佳屏蔽效果。
如图2所示，中心接地通孔5贯穿辐射贴片3和反射贴片4，并且与两者良好接触导通。辐射贴片3位于天线单元的顶部，而反射贴片4位于辐射贴片3的下方。通过改变辐射贴片3和反射贴片4的大小与形状可以调节天线单元的方向图形状、中心工作频率以及驻波比等关键参数。
如图2所示，带状线转接结构6位于反射贴片4的下方，带状线转接结构6从天线单元的底部馈电端口开始，与贴片馈电探针8连接，贴片馈电探针8连接到辐射贴片3两侧延伸出来的馈电点上，实现对辐射贴片3的激励。带状线转接结构6的结构可根据天线单元端口位置以及贴片馈电点位置进行灵活的设计，并对各个部分的尺寸进行充分的优化以减小回波损耗，达到最佳传输效果。中地板7位于带状线转接结构6和反射贴片4之间。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种新型宽频带双极化阵列天线单元，其特征在于，包括上下地板(1)、金属化通孔(2)、辐射贴片(3)、反射贴片(4)、中心接地通孔(5)、带状线转接结构(6)、中地板(7)、贴片馈电探针(8)；
所述金属化通孔(2)位于上下地板(1)之间，且与上下地板(1)连接，多个金属化通孔(2)呈圆周形分布形成圆柱区域；所述辐射贴片(3)、反射贴片(4)、中心接地通孔(5)、带状线转接结构(6)均位于所述圆柱区域内；
所述上下地板(1)包括上地板和下地板，辐射贴片(3)与上地板的第一表面位于同一平面，所述反射贴片(4)、中地板(7)、带状线转接结构(6)依次远离所述上地板的第一表面；
所述中心接地通孔(5)贯穿辐射贴片(3)和反射贴片(4)，且与辐射贴片(3)和反射贴片(4)均接触导通；带状线转接结构(6)用于连接外部馈电探针和贴片馈电探针(8)；所述贴片馈电探针(8)用于对辐射贴片(3)馈电。
2.根据权利要求1所述的一种新型宽频带双极化阵列天线单元，其特征在于，所述上下地板(1)、辐射贴片(3)、反射贴片(4)、中地板(7)的金属覆铜图形均采用照相制版制作。
3.根据权利要求1所述的一种新型宽频带双极化阵列天线单元，其特征在于，所述金属化通孔(2)采用机械加工制成。
4.根据权利要求1～3之一所述的一种新型宽频带双极化阵列天线单元，其特征在于，所述金属化通孔(2)用于屏蔽电磁信号。
5.根据权利要求1～3之一所述的一种新型宽频带双极化阵列天线单元，其特征在于，所述辐射贴片(3)和反射贴片(4)共同用于电磁信号辐射。
6.根据权利要求1～3之一所述的一种新型宽频带双极化阵列天线单元，其特征在于，所述辐射贴片(3)为带有扇形缺口和矩形连接端的圆形。
7.根据权利要求1～3之一所述的一种新型宽频带双极化阵列天线单元，其特征在于，所述反射贴片(4)为带有扇形缺口的圆形。
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