CN112467400A - 一种超宽带双极化相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超宽带双极化相控阵天线，属于天线工程技术领域，包括偶极子层、竖直巴伦层、匹配层、地板层，所述匹配层、所述偶极子层、所述竖直巴伦层、所述地板层依次连接，所述竖直巴伦层包括两个带状线渐变巴伦，每个所述带状线渐变巴伦均包括上层介质板、下层介质板、半固化贴片、金属化过孔，所述上层介质板、所述下层介质板通过所述半固化贴片贴合，所述上层介质板的上表面设置有第一金属贴片与第二金属贴片。本发明采用了一种具有一定屏蔽作用的超宽带带状线渐变巴伦，使天线具有频带宽、双极化、结构简单且便于安装的特点，适用于对超宽带相控阵天线有需求的各种场景，比如微波、毫米波等雷达和通信系统中，值得被推广使用。

Description

一种超宽带双极化相控阵天线
技术领域
本发明涉及天线工程技术领域，具体涉及一种超宽带双极化相控阵天线。
背景技术
随着现代移动通信技术与军事电子系统的快速发展，不论是通信领域还是雷达探测领域都对天线系统提出了更宽的频带要求。超宽带相控阵具有单个阵列就可收发超宽带信号以及单个阵列就可以实现多天线、多功能系统的优点。为在具有一定扫描能力的前提下有着较宽的工作带宽，一般超宽带相控阵天线都需要使用超宽带巴伦进行馈电。巴伦的主要作用是将单端不平衡输入变成双端平衡输出，当巴伦的前、后级电路不匹配时，其还能起到阻抗变换的作用，其被广泛地应用在各类天线的馈电结构中。目前常用的超宽带巴伦有Marchand巴伦、微带渐变巴伦等。Marchand巴伦性能良好，但是结构较为复杂。而微带渐变巴伦结构相对简单，但是由于其开放的结构，在工作时会有部分能量从巴伦中泄露出来，容易在阵列中激励起各种各样的谐振，引起天线整体性能的恶化。
综上所述，目前超宽带相控阵中常用的几种超宽带巴伦都有着结构复杂或容易引起谐振等问题，为解决上述关键问题。因此，提出一种超宽带双极化相控阵天线。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决目前超宽带相控阵中常用的几种超宽带巴伦都存在结构复杂或容易引起谐振等问题，提供了一种超宽带双极化相控阵天线。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括偶极子层、竖直巴伦层、匹配层、地板层，所述匹配层、所述偶极子层、所述竖直巴伦层、所述地板层依次连接，所述竖直巴伦层包括两个带状线渐变巴伦，每个所述带状线渐变巴伦均包括上层介质板、下层介质板、半固化贴片、金属化过孔，所述上层介质板、所述下层介质板通过所述半固化贴片贴合，所述上层介质板的上表面设置有第一金属贴片与第二金属贴片，所述第一金属贴片与所述第二金属贴片不连接，所述下层介质板的下表面设置有第三金属贴片与第四金属贴片，所述第三金属贴片与所述第四金属贴片不连接，所述下层介质板的上表面设置有中间金属贴片，所述金属化过孔同时贯穿所述上层介质板、所述下层介质板、所述半固化贴片设置，所述中间金属贴片通过所述金属化过孔分别与所述第二金属贴片、所述第四金属贴片连接。
更进一步地，所述偶极子层包括偶极子金属贴片与第一介质层，所述偶极子金属贴片设置在所述第一介质层上，所述偶极子金属贴片分别与所述第一金属贴片、所述第三金属贴片、所述第二金属贴片、所述第四金属贴片连接。
更进一步地，所述中间金属贴片包括第一头段、第一中段、第一尾段，第一头段为矩形贴片，第一中段为一个宽度固定弯曲的贴片，其弯曲曲线为指数线，第一尾段为一个与中段宽度相同的矩形，三段相互连接形成一个整体。
更进一步地，所述第一金属贴片与所述第三金属贴片包括第二头段、第二中段、第二尾段，所述第二头段为矩形贴片，所述第二中段为一个直角梯形贴片，所述直角梯形贴片的倾斜方向与所述中间金属贴片中第一中段的偏转方向相反，所述第二尾段为一个大矩形贴片切去一个小矩形所剩的图形，三段相互连接形成一个整体。
更进一步地，所述第一金属贴片与所述第三金属贴片中第二尾段所切去的矩形大小不同。
更进一步地，所述第二金属贴片、所述第四金属贴片均为矩形贴片，其形状大小均与所述第一金属贴片/所述第三金属贴片的第二头段相同。
更进一步地，所述第二金属贴片、所述第四金属贴片分别通过所述金属化过孔与所述中间金属贴片中第一头段连接。
更进一步地，所述带状线渐变巴伦上设置有方便两个带状线渐变巴伦交叉安装的第一缺口。
更进一步地，所述带状线渐变巴伦上设置有方便与同轴接头连接的第二缺口。
本发明相比现有技术具有以下优点：该超宽带双极化相控阵天线，采用了一种具有一定屏蔽作用的超宽带带状线渐变巴伦，使天线具有频带宽、双极化、结构简单且便于安装的特点，适用于对超宽带相控阵天线有需求的各种场景，比如微波、毫米波等雷达和通信系统中，值得被推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例中超宽带双极化相控阵天线单元结构示意图；
图2是本发明实施例中超宽带双极化相控阵天线单元侧视图；
图3是本发明实施例中超宽带双极化相控阵天线单元偶极子层俯视图；
图4是本发明实施例中超宽带带状线渐变巴伦的结构示意图；
图5是本发明实施例中超宽带带状线渐变巴伦的侧视图；
图6是本发明实施例中超宽带带状线渐变巴伦双极化安装示意图；
图7是本发明实施例中超宽带双极化相控阵天线单元驻波比随频率变化示意图。
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1～7所示，本实施例提供一种技术方案：一种超宽带双极化相控阵天线，包括偶极子层、竖直巴伦层、匹配层和地板层，其中竖直巴伦层采用多层PCB板结构，包括两层介质板、一层半固化片以及三层金属贴片。
本实施例中的超宽带双极化相控阵天线单元结构如图1所示。其中介质板113的材料为F4BM，相对介电常数为2.2，厚度为1mm。介质层112的材料为聚甲醛，相对介电常数为3.7。介质层111的材料为聚四氟乙烯，相对介电常数为2.2。介质板113上表面印刷有双极化偶极子贴片110，同时开有圆角矩形孔方便与超宽带带状线渐变巴伦进行连接。地板114上开有孔和长槽便于超宽带带状线渐变巴伦和同轴接头的安装。
本实施例中的超宽带带状线渐变巴伦的结构如图4所示。其中介质板101与介质板103的材料均为F4BM，相对介电常数为2.2，厚度为1.5mm，半固化片层102的材料为FR4，相对介电常数4.5，厚度0.15mm。金属贴片104的尾段和金属贴片105的尾段与金属贴片106的尾段共同构成了带状线，金属贴片104的尾段和金属贴片105的尾段为带状线的外导体，金属贴片106的尾段为带状线的内导体。超宽带带状线渐变巴伦的尾段所开的矩形缺口是为了方便同轴接头安装而预留的，在尾段同轴接头内的场变换成带状线的场。
金属贴片104的中段，金属贴片105的中段与金属贴片106的中段共同构成了渐变结构。作为带状线外导体的金属贴片104和金属贴片105的宽度逐渐减小并向同一方向偏移，而作为带状线内导体的金属贴片106保持宽度不变，同时向另一方向偏移，弯曲曲线为一指数线(设置成这样的形状的原因是可以有效地实现微带线的阻抗变换和馈电位置的变换，还可以为直线式、双曲线式)。通过这样的渐变结构，在中段，带状线的场逐渐变为平行双线的场，实现不平衡向平衡的转换和阻抗的变换。
金属贴片108、金属贴片109和金属贴片106的头部通过金属化过孔107相连，这是为了使得电流可以从金属贴片106上流到金属贴片108和金属贴片109上，与金属贴片104的头部与金属贴片105的头部一起作为平行双线输出，与金属偶极子辐射贴片110连接。
本实施例中，由于带状线的场基本被限制在两片外导体之间，所以与微带线相比，其泄露出的场更少。从整体上看，所述超宽带带状线渐变巴伦与同轴渐变巴伦有一定的相似之处，与之不同的是，本超宽带带状线渐变巴伦将外导体变为平行的两块金属贴片，同时内导体可以进行弯曲，对场的变换效果更好，结构简单易于加工。
本实施例设计工作频段为0.4-2.6GHz，图7给出了所述天线单元在不扫描时，E面45°扫描时和H面45°扫描时有源电压驻波比随频率变化的仿真结果。从图7中可以看到，该天线单元在工作频段内，不扫描时，E面45°扫描时和H面45°扫描时，有源电压驻波比均小3，具有工作频带宽的特点。
综上所述，本实施例的超宽带双极化相控阵天线，采用了一种具有一定屏蔽作用的超宽带带状线渐变巴伦，使天线具有频带宽、双极化、结构简单且便于安装的特点，适用于对超宽带相控阵天线有需求的各种场景，比如微波、毫米波等雷达和通信系统中，值得被推广使用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种超宽带双极化相控阵天线，其特征在于：包括偶极子层、竖直巴伦层、匹配层、地板层，所述匹配层、所述偶极子层、所述竖直巴伦层、所述地板层依次连接，所述竖直巴伦层包括两个带状线渐变巴伦，每个所述带状线渐变巴伦均包括上层介质板、下层介质板、半固化贴片、金属化过孔，所述上层介质板、所述下层介质板通过所述半固化贴片贴合，所述上层介质板的上表面设置有第一金属贴片与第二金属贴片，所述第一金属贴片与所述第二金属贴片不连接，所述下层介质板的下表面设置有第三金属贴片与第四金属贴片，所述第三金属贴片与所述第四金属贴片不连接，所述下层介质板的上表面设置有中间金属贴片，所述金属化过孔同时贯穿所述上层介质板、所述下层介质板、所述半固化贴片设置，所述中间金属贴片通过所述金属化过孔分别与所述第二金属贴片、所述第四金属贴片连接。
2.根据权利要求1所述的一种超宽带双极化相控阵天线，其特征在于：所述偶极子层包括偶极子金属贴片与第一介质层，所述偶极子金属贴片设置在所述第一介质层上，所述偶极子金属贴片分别与所述第一金属贴片、所述第三金属贴片、所述第二金属贴片、所述第四金属贴片连接。
3.根据权利要求2所述的一种超宽带双极化相控阵天线，其特征在于：所述中间金属贴片包括第一头段、第一中段、第一尾段，第一头段为矩形贴片，第一中段为一个宽度固定弯曲的贴片，其弯曲曲线为指数线，第一尾段为一个与中段宽度相同的矩形，三段相互连接形成一个整体。
4.根据权利要求3所述的一种超宽带双极化相控阵天线，其特征在于：所述第一金属贴片与所述第三金属贴片包括第二头段、第二中段、第二尾段，所述第二头段为矩形贴片，所述第二中段为一个直角梯形贴片，所述直角梯形贴片的倾斜方向与所述中间金属贴片中第一中段的偏转方向相反，所述第二尾段为一个大矩形贴片切去一个小矩形所剩的图形，三段相互连接形成一个整体。
5.根据权利要求4所述的一种超宽带双极化相控阵天线，其特征在于：所述第一金属贴片与所述第三金属贴片中第二尾段所切去的小矩形的大小不同。
6.根据权利要求5所述的一种超宽带双极化相控阵天线，其特征在于：所述第二金属贴片、所述第四金属贴片均为矩形贴片，其形状大小均与所述第一金属贴片/所述第三金属贴片的第二头段相同。
7.根据权利要求6所述的一种超宽带双极化相控阵天线，其特征在于：所述第二金属贴片、所述第四金属贴片分别通过所述金属化过孔与所述中间金属贴片中第一头段连接。
8.根据权利要求7所述的一种超宽带双极化相控阵天线，其特征在于：所述带状线渐变巴伦上设置有方便两个带状线渐变巴伦交叉安装的第一缺口。
9.根据权利要求8所述的一种超宽带双极化相控阵天线，其特征在于：所述带状线渐变巴伦上设置有方便与同轴接头连接的第二缺口。
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