CN112448172A - 平板型相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种平板型相控阵天线，涉及天线技术领域，该平板型相控阵天线包括基板和多个天线单元，基板上具有多个阵列分布的贴装区域，多个天线单元一一对应地设置在多个贴装区域的中部，且多个天线单元的馈线方向按照预设周期规律旋转分布，每个贴装区域内设置有若干个随机过孔，且每个随机过孔位于贴装区域的边缘和天线单元之间，随机过孔用于改变对应的天线单元的相位中心，以消除多个天线单元产生的周期性栅瓣。相较于现有技术，本发明通过随机过孔改变对应的天线单元的相位中心，从而破坏多个天线单元的周期性，以抑制多个天线单元形成周期性栅格，进而能够有效消除周期性栅瓣。

Description

平板型相控阵天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种平板型相控阵天线。

背景技术

在电子波束扫描的相控阵天线中，为了尽量避免栅瓣的存在，且能够实现大角度扫描，单元间距通常为波长的1/2。一般情况下，小规模相控阵阵面如阵面<256单元，不会出现周期性栅瓣。随着相控阵阵面的增大，单元间周期性也越来越明显，形成周期性栅格，进而形成周期性栅瓣，影响天线性能。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种平板型相控阵天线，其能够有效消除周期性栅瓣，提升天线性能。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种平板型相控阵天线，包括基板和多个天线单元，所述基板上具有多个阵列分布的贴装区域，多个所述天线单元一一对应地设置在多个所述贴装区域的中部，且多个所述天线单元的馈线方向按照预设周期规律旋转分布，每个所述贴装区域内设置有若干个随机过孔，且每个所述随机过孔位于所述贴装区域的边缘和所述天线单元之间，所述随机过孔用于改变对应的所述天线单元的相位中心，以消除多个所述天线单元产生的周期性栅瓣。

在可选的实施方式中，每个所述随机过孔贯穿所述基板，且每个所述随机过孔的孔壁上均设置有第一金属层。

在可选的实施方式中，所述天线单元为线极化单元，多个所述天线单元分成多排分布在所述基板上，每排所述天线单元的馈线方向相同，相邻的两排所述天线单元的馈线方向不同。

在可选的实施方式中，相邻两排所述天线单元的馈线方向相反。

在可选的实施方式中，所述天线单元为圆极化单元，每相邻两个所述天线单元的馈线方向均不同。

在可选的实施方式中，每相邻两个所述天线单元的馈线方向相互垂直。

在可选的实施方式中，每个所述贴装区域的边缘设置有多个隔离通孔，以提高相邻的所述天线单元间的隔离度。

在可选的实施方式中，所述贴装区域呈矩形，每个所述贴装区域的边缘的多个隔离通孔围设形成一矩形框结构。

在可选的实施方式中，每个所述隔离通孔贯穿所述基板，且每个所述隔离通孔的孔壁上设置有第二金属层。

在可选的实施方式中，所述隔离通孔的孔径与所述随机过孔的孔径相同。

本发明实施例的有益效果包括：

本实施例提供的平板型相控阵天线，将多个天线单元一一对应地设置在多个贴装区域的中部，每个贴装区域内均设置有若干个随机过孔，通过随机过孔改变对应的天线单元的相位中心，从而破坏多个天线单元的周期性，以抑制多个天线单元形成周期性栅格，进而能够有效消除周期性栅瓣。相较于现有技术，本发明提供的平板型相控阵天线，通过设置随机过孔，抑制了多个天线单元形成周期性栅格，进而有效消除了周期性栅瓣，提升了天线性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的平板型相控阵天线的结构示意图；

图2为图1中提供的平板型相控阵天线的局部结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的平板型相控阵天线的局部结构示意图。

图标：100-平板型相控阵天线；110-基板；111-贴装区域；130-天线单元；150-随机过孔；170-隔离通孔。

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中的附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

正如背景技术中所公开的，现有技术中，针对平板型相控阵天线，无论是圆极化天线和线极化天线，为了优化相邻单元间隔离度、优化交叉极化以及得到更好的轴比带宽等目的，通常会采用旋转周期布阵，而由于单元在布阵时需要旋转，旋转后的单元相位中心和原始单元的相位中心不一致，在相控阵阵面较大时，单元间周期性也越来越明显，会形成周期性栅格，进而形成周期性栅瓣，影响天线性能。

目前，为了解决上述问题，现有专利中出现了通过增加隔离腔来抑制栅瓣的方案，但是该方法只能解决大间距分布阵列，且不能进行电子波束扫描。此外，现有专利中还出现了采用优化算法对阵面中每一单元的每一个区域的间距进行优化，最终使得单元间距与区域间距均不同，以此打破阵面的周期性，其同样能够起到降低栅瓣的作用，然而，这种方式对于大阵面而言，工作量很大，优化时间很长，无法大规模实施。

为了解决上述问题，本发明提供了一种新型的平板型相控阵天线，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

第一实施例

请参见图1和图2，本实施例提供了一种平板型相控阵天线100，其能够打破单元间的周期性，避免阵面天线形成周期性栅格，从而有效消除周期性栅瓣，提升天线性能。

本实施例提供的平板型相控阵天线100，包括基板110和多个天线单元130，基板110上具有多个阵列分布的贴装区域111，多个天线单元130一一对应地设置在多个贴装区域111的中部，且多个天线单元130的馈线方向按照预设周期规律旋转分布，每个贴装区域111内设置有若干个随机过孔150，且每个随机过孔150位于贴装区域111的边缘和天线单元130之间，随机过孔150用于改变对应的天线单元130的相位中心，以消除多个天线单元130产生的周期性栅瓣。

在本实施例中，每个贴装区域111内设置有至少一个随机过孔150，从而改变该贴装区域111内对应的天线单元130的相位中心，进而破坏了多个天线单元130的周期性，避免了天线阵面形成周期性栅格，进而消除了周期性栅瓣，提升了天线性能。

需要说明的是，本实施例中多个天线单元130按照预设周期规律旋转分布，指的是多个天线单元130旋转分布在基板110上，且其根据天线类型可以采用不同的旋转角度，旋转必然会带来周期性相位中心不一致，因此当阵面规模越大，旋转的面周期性栅瓣就越明显，具体可参考现有的相控阵天线，本实施例中以线极化天线为例进行说明。

在本实施例中，平板型相控阵天线100由多个天线模块拼接形成，每个天线模块上均阵列设置有多个天线单元130，图2中以其中一个天线模块为图示，以说明该平板相控天线的具体结构。本实施例中单个天线模块为4×4天线阵面为例进行说明。

需要说明的是，在拼接形成平板型相控阵天线100时，多个天线模块随机拼装，能够进一步消除周期性栅瓣，具体地，在安装时可不用考虑天线模块上天线单元130的馈线方向，快速地将多个天线模块集成拼装在一起，一方面提高了拼接效率，另一方面也使得多个天线模块的周期性得到破坏，进一步防止了大规模相控阵天线出现周期性栅瓣现象。

在本实施例中，每个随机过孔150出现在贴装区域111内不与天线单元130相重合的任意位置，且由于随机过孔150对于天线单元130的限位中心有明显影响，故天线单元130件的旋转分布的周期性会遭受破坏，并且，随机过孔150仅仅在基板110上的天线层，且都在天线单元130周缘，不会影响原来的馈电网络设计，并且随机过孔150对天线的驻波，方向性，增益，辐射效率等性能无明显影响。

需要说明的是，本实施例中多个贴装区域111内的随机过孔150随机分布，即多个贴装区域内的随机过孔150相对于天线单元130的位置不固定，优选地，多个随机过孔150相对与对应的天线单元130的位置不重合，或者采用与多个天线单元130的预设周期规律不同的规律进行分布，或者采用非轴对称和非中心对称分布，只要是能改变天线单元130的相位中心，使得多个天线单元130脱离其周期性即可。在本实施例中以随机分布为例进行说明，此处随机过孔150在基板110上的分布可以利用电脑软件进行设定，并由仿真软件进行仿真验证，选取较为合适的随机分布方式。

还需要说明的是，在本发明其他较佳的实施例中，也可以采用对角开过孔的方式来破坏多个天线单元130的周期性，即随机过孔150在贴装区域111内的位置在对角点之间择一设置，例如，每个贴装区域111内均在对角位置中的一个设置随机过孔150，且相邻两个贴装区域111的随机过孔150不在同一个对角区域，如前一个贴装区域在左上角开孔，下一个贴装区域在右下角开孔，其同样能够破坏多个天线单元130的周期性。

在本实施例中，每个随机过孔150贯穿基板110，且每个随机过孔150的孔壁上均设置有第一金属层。具体地，随机过孔150通过第一金属层接地，第一金属层为铜层，通过电镀等工艺设置在随机过孔150的孔壁上。

在本实施例中，天线单元130为线极化单元，多个天线单元130分成多排分布在基板110上，每排天线单元130的馈线方向相同，相邻的两排天线单元130的馈线方向不同。具体地，相邻两排天线单元130的馈线方向相反，即相邻的天线单元130的馈线方向分别旋转180°，该方向会形成周期性栅瓣。当然，本实施例提供的平板相控阵天线，也可以是双线极化天线、圆极化天线或者双圆极化天线等，其中双线极化天线、圆极化天线或者双圆极化天线与线极化天线形成周期性栅瓣的原理相同，在此不再做过多的图示说明。

需要说明的是，本实施例中相邻两排的天线单元130的馈线方向相反，能够优化相邻的单元间隔离度，并优化交叉极化。当然，此处旋转180°仅仅是举例说明，在其他较佳的实施例中，相邻两排天线单元130的馈线方向也可以是旋转n/360°（n为一组中旋转的单元数量，n为整数，如4个单元则依次旋转90°，如3个单元则依次旋转120°）设置，在此不做具体限定。

在本实施例中，每个贴装区域111的边缘设置有多个隔离通孔170，以提高相邻的天线单元130间的隔离度。具体地，贴装区域111呈矩形，每个贴装区域111的边缘的多个隔离通孔170围设形成一矩形框结构。通过设置隔离通孔170，使得相邻的天线单元130间隔度得以优化，进一步提升了天线性能。当然，在其他较佳的实施例中，贴装区域111也可以不设置隔离通孔170，仅仅通过设置随机过孔150的方式，同样能够起到消除周期性栅瓣的作用。

在本实施例中，天线单元130设置在矩形框结构的中央，随机过孔150设置在多个隔离通孔170构成的矩形框结构和天线单元130之间的基板110上，且随机过孔150与隔离通孔170之间并不重合。在本发明其他较佳的实施例中，多个隔离通孔170也可以围设形成菱形框或者六角形框等其他形状，在此不做具体限定。

在本实施例中，每个隔离通孔170贯穿基板110，且每个隔离通孔170的孔壁上设置有第二金属层。具体地，隔离通孔170通过第二金属层接地，第二金属层为铜层，通过电镀等工艺设置在隔离通孔170的孔壁上。

在本实施例中，隔离通孔170的孔径与随机过孔150的孔径相同。

综上所述，本实施例提供的一种平板型相控阵天线100，通过将多个天线单元130一一对应地设置在多个贴装区域111的中部，每个贴装区域111内均设置有若干个随机过孔150，通过随机过孔150改变对应的天线单元130的相位中心，从而破坏多个天线单元130的周期性，以抑制多个天线单元130形成周期性栅格，进而能够有效消除周期性栅瓣。相较于现有技术，本实施例通过设置随机过孔150，抑制了多个天线单元130形成周期性栅格，进而有效消除了周期性栅瓣，提升了天线性能。

第二实施例

参见图3，本实施例提供了一种平板型相控阵天线100，其基本结构和原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。

在本实施例中，平板型相控阵天线100包括基板110和多个天线单元130，所述基板110上具有多个阵列分布的贴装区域111，多个所述天线单元130一一对应地设置在多个所述贴装区域111的中部，且多个所述天线单元130的馈线方向按照预设周期规律旋转分布，每个所述贴装区域111内设置有若干个随机过孔150，且每个所述随机过孔150位于所述贴装区域111的边缘和所述天线单元130之间，所述随机过孔150用于改变对应的所述天线单元130的相位中心，以消除多个所述天线单元130产生的周期性栅瓣。

在本实施例中，天线单元130为圆极化单元，每相邻两个天线单元130的馈线方向均不同。具体地，每相邻两个天线单元130的馈线方向相互垂直，即任意两个相邻的天线单元130的馈线方向均相互垂直。

在本实施例中，优选地，本实施例中天线模块为4×4天线阵面，每一排的4个天线单元130，依次旋转90°排列，从而能够得到更好的轴比带宽。

本实施例提供的平板型相控阵天线100，将多个天线单元130一一对应地设置在多个贴装区域111的中部，每个贴装区域111内均设置有若干个随机过孔150，通过随机过孔150改变对应的天线单元130的相位中心，从而破坏多个天线单元130的周期性，以抑制多个天线单元130形成周期性栅格，进而能够有效消除周期性栅瓣。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种平板型相控阵天线，其特征在于，包括基板和多个天线单元，所述基板上具有多个阵列分布的贴装区域，多个所述天线单元一一对应地设置在多个所述贴装区域的中部，且多个所述天线单元的馈线方向按照预设周期规律旋转分布，每个所述贴装区域内设置有若干个随机过孔，且每个所述随机过孔位于所述贴装区域的边缘和所述天线单元之间，所述随机过孔用于改变对应的所述天线单元的相位中心，以抑制多个所述天线单元形成周期性栅格。

2.根据权利要求1所述的平板型相控阵天线，其特征在于，每个所述随机过孔贯穿所述基板，且每个所述随机过孔的孔壁上均设置有第一金属层。

3.根据权利要求1所述的平板型相控阵天线，其特征在于，所述天线单元为线极化单元，多个所述天线单元分成多排分布在所述基板上，每排所述天线单元的馈线方向相同，相邻的两排所述天线单元的馈线方向不同。

4.根据权利要求3所述的平板型相控阵天线，其特征在于，相邻两排所述天线单元的馈线方向相反。

5.根据权利要求1所述的平板型相控阵天线，其特征在于，所述天线单元为圆极化单元，每相邻两个所述天线单元的馈线方向均不同。

6.根据权利要求1所述的平板型相控阵天线，其特征在于，每相邻两个所述天线单元的馈线方向相互垂直。

7.根据权利要求1-6任一项所述的平板型相控阵天线，其特征在于，每个所述贴装区域的边缘设置有多个隔离通孔，以提高相邻的所述天线单元间的隔离度。

8.根据权利要求7所述的平板型相控阵天线，其特征在于，所述贴装区域呈矩形，每个所述贴装区域的边缘的多个隔离通孔围设形成一矩形框结构。

9.根据权利要求7所述的平板型相控阵天线，其特征在于，每个所述隔离通孔贯穿所述基板，且每个所述隔离通孔的孔壁上设置有第二金属层。

10.根据权利要求7所述的平板型相控阵天线，其特征在于，所述隔离通孔的孔径与所述随机过孔的孔径相同。

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