CN112467396A

CN112467396A - 一种新型宽带阵列天线

Info

Publication number: CN112467396A
Application number: CN202011289893.8A
Authority: CN
Inventors: 薛玲珑; 秦琨; 徐钦; 张瑞珏; 徐恒
Original assignee: Shanghai Aerospace Electronic Communication Equipment Research Institute
Current assignee: Shanghai Aerospace Electronic Communication Equipment Research Institute
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2040-11-17
Also published as: CN112467396B

Abstract

本发明公开了一种新型宽带阵列天线，包括：极化栅、振子天线和波导馈电网络；极化栅为固定在馈电网络上的金属条；振子天线由两个L型金属构成，分别位于馈电网络矩形波导长边中心；波导馈电网络由单脊转矩形波导HT型功分器以及单脊波导HT型功分器级联而成，为压缩波导馈电网络的纵向尺寸，引入了折叠波导结构，两个馈电网络对称放置，各由一个单脊波导激励。本发明的新型宽带阵列天线为机电一体化设计，采用宽带结构的HT型级联波导馈电网络实现宽带性能且与介质传输线比大大减小馈电损耗，选用单脊波导以及折叠结构，减小了阵列天线的三维尺寸，满足一维大角度扫描系统的使用要求，引入极化栅抑制矩形波导口产生的垂直极化分量。

Description

一种新型宽带阵列天线

技术领域

本发明涉及阵列天线技术领域，特别涉及一种新型宽带阵列天线。

背景技术

近年来，随着现代雷达通信和电子对抗技术的发展，许多军用、民用领域部门对天线提出越来越苛刻的要求，高增益、低副瓣、宽频带、低损耗的性能，以及结构简单便于工程化的设计要求，已成为国内外众多学者孜孜不倦的追求。

波导缝隙阵列天线得益于其结构紧凑、辐射效率高、功率容量大、易于控制口径分布等优点，尤其是脊波导缝隙天线在一定程度上可以拓展频带宽度，减小天线尺寸，因此被广泛应用在许多要求窄波束、低副瓣的雷达系统和微波通信中。

高增益天线通常采用阵列形式实现，如何对大型阵列进行馈电，成为天线设计的重要问题。常见的馈电方式如微带线/带状线网络馈电、波导网络馈电，通过合理设计功分网络的功率和相位分配，达到各种既定的天线方向图要求。但微带线/带状线馈电网络对于较高的工作频率，电长度过大带来不可忽视的传输损耗，并造成功分网络出口处功率幅度的波动。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出新型宽带阵列天线，采用机电一体化设计，金属振子天线作为辐射主体，采用波导馈电网络进行功率分配激励，引入极化栅印制产生的垂直极化分量。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种新型宽带阵列天线，包括：极化栅、振子天线以及波导馈电网络，其中：

所述波导馈电网络由若干层功分器模块级联而成，每一层功分器模块包括若干个功分器；其中，第一层功分器模块的所有功分器均为单脊转矩形波导HT型功分器，从第二层功分器模块开始的各层功分器模块中的功分器均采用单脊波导HT型功分器，上一层功分器模块与下一次层功分器模块相连；

所述波导馈电网络设置有矩形波导口；

所述振子天线包括：两个振子臂，二者对称分布在所述的波导馈电网络的矩形波导口中心；所述两个振子臂为两个L型金属支架；

所述极化栅由均匀分布的若干个金属条组成，位于所述波导馈电网络上方，所述振子天线的两个振子臂之间；所述极化栅上边沿与所述振子天线等高。

较佳地，所述均匀分布的若干个金属条通过一固定支撑结构与所述波导馈电网络连接。

较佳地，所述固定支撑结构包括若干个T型结构；所述T型结构包含横向结构和竖立结构，所述横向结构与金属条连接；所述竖立结构的一端连接横向结构，另一端连接到波导馈电网络上。

较佳地，所述极化栅用于抑制所述波导馈电网络的矩形波导口产生的垂直极化分量。

较佳地，所述振子天线用于辐射水平极化能量。

较佳地，所述振子天线由所述波导馈电网络的矩形波导口进行激励。

较佳地，所述单脊转矩形波导HT型功分器、单脊波导HT型功分器均采用金属隔片加载电感的方式实现功率分配，通过调整所述金属隔片偏离中心的位置实现所需的功率分配比。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供的新型宽带阵列天线采用金属振子结构作为辐射单元、实现与极化栅、波导馈电网络的机电一体化设计，高精度机加工保证了电气性能；

(2)采用波导馈电网络，实现了馈电系统的低损耗；

(3)采用单脊波导、折叠结构，实现三维小尺寸设计；

(4)本发明采用一体化的金属栅格，抑制馈电网络矩形波导口产生的交叉极化分量。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为本发明具体实施例一种新型宽带阵列天线的结构示意图；

图2a为本发明具体实施例极化栅的结构示意图；

图2b为本发明具体实施例极化栅的侧视图；

图2c为本发明具体实施例极化栅的正视图；

图3为本发明具体实施例波导激励馈电的振子天线的VSWR曲线；

图4为本发明的振子天线的中心频点的主极化、交叉极化方向图曲线；

图5为本发明具体实施例波导馈电网络的结构示意图；

图6a为本发明具体实施例单脊转矩形波导HT型功分器结构示意图；

图6b为单个单脊转矩形波导HT功分器的VSWR曲线和功率分配比曲线；

图7a为本发明具体实施例的单脊波导HT型功分器结构示意图；

图7b为本发明具体实施例单个单脊波导HT功分器的VSWR曲线和功率分配比曲线；

图8为本发明具体实施例的新型宽带阵列天线的主极化、交叉极化方向图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1，本实施例公开了一种新型宽带阵列天线，包括：极化栅1、振子天线2以及波导馈电网络3，本实施例为由32个辐射单元组成的副瓣电平为28dB的水平极化阵列天线，工作在5GHz到6GHz的频带内，其中：

所述波导馈电网络3由若干层功分器模块级联而成，每一层功分器模块包括若干个功分器；其中，第一层功分器模块的所有功分器均为单脊转矩形波导HT型功分器4，从第二层功分器模块开始的各层功分器模块中的功分器均采用单脊波导HT型功分器5，上一层功分器模块与下一次层功分器模块相连。上一层功分器模块的各功分器信号输出口与下一次层功分器模块的各功分器的信号输入口相连。

本实施例中，每一层功分器模块包含的若干个功分器互不相连。

所述波导馈电网络3设置有矩形波导口(矩形波导口就是第一层功分器模块的信号输出口)。

其中，6为单脊波导HT型功分器的馈电端；7展示了单脊转矩形波导HT型功分器与单脊波导HT型功分器之间的波导折叠结构。

所述振子天线2包括：两个振子臂，两个L型金属支架，二者对称分布在所述的波导馈电网络的矩形波导口中心；所述两个振子臂为两个L型金属支架；

所述极化栅1由均匀分布的若干个金属条组成，位于所述波导馈电网络上方，以及所述振子天线的两个振子臂之间；所述极化栅上边沿与所述的振子天线等高。

如图2a-图2c，所述均匀分布的若干个金属条通过一固定支撑结构与所述波导馈电网络连接。

本实施例中，所述固定支撑结构包括若干个T型结构；所述T型结构包含横向结构和竖立结构，所述横向结构与金属条连接；所述竖立结构的一端连接横向结构，另一端连接到波导馈电网络的金属壁上。T型结构的作用是支撑极化珊，并连接极化珊和波导馈电网络。

本实施例中，使用了两个T型结构：第一T型结构、第二T型结构，分别位于极化栅的第一侧和第二侧，以其中位于极化珊第一侧的第一T型结构(包括：横向结构81和竖立结构82)的连接方式为例进行说明，如下：

若干个金属条11相互平行，其第一侧通过横向结构81连接在一起；横向结构81上设置有若干个槽口，每一槽口对应一个金属条；所述金属条的第一侧设置于所述槽口中。

这里仅为举例，具体实施时，极化珊也可以仅通过一个T型结构与波导馈电网络3连接，如仅在第一侧使用一个第一T型结构也能达到支撑和连接的作用。或者，极化珊也可以通过多于两个的T型结构与波导馈电网络3连接，如可分别在极化珊的第一侧和第二侧均分别设置两个T型结构。

另外，T型结构的位置也可以不位于极化珊第一侧和第二侧，只要能达到支撑连接的作用即可。

故本发明不对T型结构的具体数量和位置做出限定。

所述极化栅1用于抑制所述的波导馈电网络的矩形波导口矩形口产生的垂直极化分量。振子天线2的两个L型金属支架21、22对称分布，朝向相反。振子天线2采用L型金属结构对称分布在馈电网络矩形波导口宽边中心，辐射水平极化能量；所述振子天线2由所述波导馈电网络的矩形波导口进行激励。所述波导馈电网络设置有空气内腔301。

极化栅、振子天线、波导馈电网络采用机电一体化设计。

所述波导馈电网络通过射频信号输入口采用单脊波导形式，天线振子采用左右对称分布形式，左右天线分别采用同样的馈电网络结构，两套馈电网络对称分布，实现平衡馈电，便于形成和差波束。

图3为本实施例的波导激励馈电的振子天线的VSWR曲线，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表驻波VSWR幅度变量。本实施例工作频带为5GHz～6GHz，端口驻波VSWR在通带内小于1.3。

图4为本实施例的波导激励馈电的振子天线的中心频点的主极化、交叉极化方向图曲线，其中横坐标代表角度变量，单位°；纵坐标代表方向图幅度变量，单位dB。本实施例中心频点为5.5GHz的交叉极化电平为28.9dB。

如图5所示为本实施例的波导馈电网络结构示意图。本实施例中，所述波导馈电网络包括七层功分器模块；其中，第一层功分器模块31，包括：8个不同功分比的单脊转矩形波导HT型功分器；第二层功分器模块32有两组功分器，左右分布，每一组321均包括2个单脊波导HT型功分器；第三层功分器模块33，包括一个单脊波导HT型功分器；第四层功分器模块34，包括一个单脊波导HT型功分器；第五层功分器模块35，包括一个单脊波导HT型功分器；第六层功分器模块36，包括一个单脊波导HT型功分器；第七层功分器模块37，包括一个单脊波导HT型功分器。

波导馈电网络用于实现能量分配，单脊转矩形波导HT型功分器、单脊波导HT型功分器的数量决定了可以激励的振子天线数量，采用单脊波导以及引入折叠波导结构减小馈电网络的三维尺寸。波导馈电网络的各矩形波导口的能量分配，决定了阵列天线的副瓣电平水平，能量分配通过调整各级联功分器的功分比实现；

其中，所述单脊转矩形波导HT型功分器、单脊波导HT型功分器均采用金属隔片加载电感的方式实现功率分配，通过调整中间金属隔片偏离中心的位置实现所需的功率分配比。

图6a所示为本实施例的波导馈电网络的单脊转矩形波导HT型功分器结构示意图，图6b所示为单个HT功分器的VSWR曲线和功率分配比曲线。其中，所述单脊转矩形波导HT型功分器、单脊波导HT型功分器均采用金属隔片加载电感的方式实现功率分配，金属隔片位于功分器的中间，通过调整中间金属隔片偏离中心的位置实现所需的功率分配比。即不同的功率分配比通过调整位于功分器中间的金属块偏离中心的位置实现。其中，41为单脊转矩形波导HT型功分器的电感加载金属隔片。

图7a所示为本实施例的波导馈电网络的单脊波导HT型功分器结构示意图，图7b所示为单个HT功分器的VSWR曲线和功率分配比曲线；不同的功率分配比通过调整中间金属块偏离中心的位置实现。

其中，51为单脊波导HT型功分器剖面图，52为单脊波导HT型功分器的电感加载金属隔片，53为单脊波导内腔截面图。

图8为本实施例的新型宽带阵列天线的主极化、交叉极化方向图，波导馈电网络通过单脊波导口进行馈电，两套馈电网络对称分布，实现平衡馈电，便于形成和差波束，32个矩形波导口对32个振子天线进行激励馈电。其中横坐标代表角度变量，单位°；纵坐标代表方向图幅度变量，单位dB。如图所示，本实施例中心频点为5.5GHz的交叉极化电平为28.8dB，副瓣电平为27.2dB。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims

1.一种新型宽带阵列天线，其特征在于，包括：极化栅、振子天线以及波导馈电网络，其中：

所述波导馈电网络设置有矩形波导口；

所述振子天线包括：两个振子臂，二者对称分布在所述波导馈电网络的矩形波导口中心；所述两个振子臂为两个L型金属支架；

2.根据权利要求1所述的新型宽带阵列天线，其特征在于，所述均匀分布的若干个金属条通过一固定支撑结构与所述波导馈电网络连接。

3.如权利要求2所述的新型宽带阵列天线，其特征在于，所述固定支撑结构包括若干个T型结构；所述T型结构包含横向结构和竖立结构，所述横向结构与金属条连接；所述竖立结构的一端连接横向结构，另一端连接到波导馈电网络上。

4.根据权利要求1所述的新型宽带阵列天线，其特征在于，所述极化栅用于抑制所述波导馈电网络的矩形波导口产生的垂直极化分量。

5.根据权利要求1所述的新型宽带阵列天线，其特征在于，所述振子天线用于辐射水平极化能量。

6.根据权利要求1所述的新型宽带阵列天线，其特征在于，所述振子天线由所述波导馈电网络的矩形波导口进行激励。

7.根据权利要求1所述的新型宽带阵列天线，其特征在于，所述单脊转矩形波导HT型功分器、单脊波导HT型功分器均采用金属隔片加载电感的方式实现功率分配，通过调整所述金属隔片偏离中心的位置实现所需的功率分配比。