CN112670707A

CN112670707A - 一种新型的宽带低副瓣相控阵天线

Info

Publication number: CN112670707A
Application number: CN202011431139.3A
Authority: CN
Inventors: 王昊; 龚源; 徐达龙; 徐文文; 王岩; 权双龙; 陶诗飞
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明公开新型的宽带低副瓣相控阵天线，包括移相器和辐射单元阵列，发明辐射单元阵列是由32根128元的双面微带振子组成的阵列，每根线阵的128单元由64个二元子阵组成，64个二元子阵包括两层馈电网络，第一层馈电网络为带状线网络，第二层网络为波导馈电网络，第一层网络与第二层网络之间连接带状线转微带线的过度结构，二元子阵包括两层介质基板、设置在发明介质板上一分为四的微带阵子，左侧两个微带阵子和右侧两个微带阵子之间具有槽线，且微带阵子的头部具有带状线馈线，该种新型的宽带低副瓣相控阵天线，既可以满足相控阵进行大角度扫描时的增益要求，又可以满足相控阵天线主瓣准确接收信息的高信噪比要求。

Description

一种新型的宽带低副瓣相控阵天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体为一种新型的宽带低副瓣相控阵天线。

背景技术

近年来，国际形势变化迅速，现代军事装备快速发展，对雷达系统的要求也越来越高。为了能在日益恶劣的电磁环境下对付快速、机动及隐身的目标，现代雷达系统都需要实现多种功能，不仅需要对雷达目标进行追踪和识别，还需要了解其距离、速度和方位角等详细信息。近年来，宽带相控阵雷达日益成为雷达系统发展的重要方向，宽带雷达具备较低的截获率和可探性，具有较强的抗干扰能力。此外，宽带雷达可同时传输大量的信息，并具备较高的成像精度，可工作于多个频段，实现对多个目标的识别和追踪。因此研究和设计宽带相控阵天线是十分必要的。

另一方面低副瓣是天线的重要指标之一，在雷达侦察跟踪中越来越受到人们的重视。在一些特定的功能环境下，较低的副瓣已经超越增益带宽等指标，成为了天线设计首先要考虑的参数。在雷达技术中，为了提高抗干扰和反地面杂波的性能，避免反辐射导弹的袭击，要求副瓣尽量低。远距离噪声干扰机和反辐射导弹都是利用对方天线副瓣发挥作用的。在高脉冲重复频率的下视雷达中，为了有效地抗地面杂波干扰，最大副瓣要求达到-50dB左右。在通讯方面，为了提高频谱容量，要求频谱复用；为了提高卫星轨道的利用率，要求通讯卫星分布增密。于是，想既满足这些要求而又不增加相互之间的干扰，势必要对天线副瓣电平和位置提出更严的要求。正因为这些原因，各个国家都投入了大量的工作来实现天线低副瓣。因此研究微带的低副瓣相控阵天线阵列是极有意义和必要的。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有相控阵天线中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种新型的宽带低副瓣相控阵天线，既可以满足相控阵进行大角度扫描时的增益要求，又可以满足相控阵天线主瓣准确接收信息的高信噪比要求。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种新型的宽带低副瓣相控阵天线，其包括：移相器和辐射单元，所述辐射单元是微带振子，阵列是由32根128元的双面微带振子组成的阵列，每根线阵的128单元通过两层馈电网络实现幅度加权，第一层馈电网络为带状线网络，第二层网络为波导馈电网络，第一层网络与第二层网络之间连接带状线转微带线的过度结构，且微带线与绝缘子焊接，绝缘子连接波导同轴转换结构与波导功分网络相连接。

作为本发明所述的一种新型的宽带低副瓣相控阵天线的一种优选方案，其中，所述二元子阵包括两层介质基板、设置在所述介质板上一分为四的微带阵子，左侧两个微带阵子和右侧两个微带阵子之间具有槽线，且微带阵子的头部具有带状线馈线。

作为本发明所述的一种新型的宽带低副瓣相控阵天线的一种优选方案，其中，所述两层介质板厚度为0.508mm采用材质为Rogers5880，介电常数2.2，损耗角正切0.009。并采用带状线-槽线式的平衡器结构对微带对称振子实现平衡馈电。

作为本发明所述的一种新型的宽带低副瓣相控阵天线的一种优选方案，其中，所述带状线网络为1分4的不等功分网络。

作为本发明所述的一种新型的宽带低副瓣相控阵天线的一种优选方案，其中，所述波导馈电网络是1分8的不等功分网络。

作为本发明所述的一种新型的宽带低副瓣相控阵天线的一种优选方案，其中，所述带状线的介质层开设有金属化空腔。

作为本发明所述的一种新型的宽带低副瓣相控阵天线的一种优选方案，其中，所述波导同轴转换结构中间部分有3个高度梯度，且波导同轴转换结构的输出端和微带线之间通过绝缘子进行焊接，实现双层功分网络的幅度加权。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明设计的新型相控阵天线的波束宽度较普通微带天线宽很多相对带宽达到10.2％以上，可以满足相控阵进行大角度扫描时的增益要求，另一方面对馈电网络的结构设计，使阵列中各单元形成合理的功率分配，达到-30dB的低旁瓣的辐射，满足相控阵天线主瓣准确接收信息的高信噪比要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一种新型的宽带低副瓣相控阵天线的二元子阵示意图；

图2为本发明一种新型的宽带低副瓣相控阵天线的128元线阵的方向图；

图3为本发明一种新型的宽带低副瓣相控阵天线的128元线阵的驻波比。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

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地详细描述。

本发明提供一种新型的宽带低副瓣相控阵天线，既可以满足相控阵进行大角度扫描时的增益要求，又可以满足相控阵天线主瓣准确接收信息的高信噪比要求。

该种新型的宽带低副瓣相控阵天线，包括：移相器和辐射单元阵列，所述辐射单元阵列是由32根128元的双面微带振子组成的阵列，每根线阵的128单元由64个二元子阵组成，64个二元子阵包括两层馈电网络，第一层馈电网络为带状线网络，第二层网络为波导馈电网络，第一层网络与第二层网络之间连接带状线转微带线的过度结构，且微带线与绝缘子焊接，绝缘子连接波导同轴转换结构与波导功分网络相连接。

请参阅图1，该种二元子阵包括两层介质基板100、设置在所述介质板100上一分为四的微带阵子200，左侧两个微带阵子200和右侧两个微带阵子200之间具有槽线300，且微带阵子200的头部具有带状线馈线400。在本实施方式中，所述两层介质板100厚度为0.508mm采用材质为Rogers5880，介电常数2.2，损耗角正切0.009。并采用带状线-槽线式的平衡器结构对微带对称振子实现平衡馈电。带状线网络为1分4的不等功分网络，所述波导馈电网络是1分8的不等功分网络。并且，作为优选，在本实施方式中，带状线的介质层开设有金属化空腔，带状线转微带线的过渡结构处于带状线功分网络的输入端，为了过渡结构的阻抗匹配更容易实现。并且在本实施方式中，波导同轴转换结构中间部分有3个高度梯度，且波导同轴转换结构的输出端和微带线之间通过绝缘子进行焊接，实现双层功分网络的幅度加权。

结合图1-图3，本发明采用微带振子天线作为相控阵的辐射单元，比传统的微带贴片阵列有更宽的工作频率，本阵列的相对带宽达到10.2％，介质基板100采用Rogers5880。另外通过双层馈电网络，一层带状线功分网络，一层波导功分网络实现-35dB的低副瓣加权，该网络既具有带状线的小尺寸，又兼顾波导的结构强度，在工艺上加工难度低，相对成本低，具有极高的工程实现价值。该阵列天线工作频率为9.3-10.3GHz，总阵列尺寸仅为2752mm(长)*140mm(高)*656mm(宽)，天线增益约为39dB，副瓣-30dB。

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种新型的宽带低副瓣相控阵天线，其特征在于，包括：移相器和辐射单元阵列，所述辐射单元阵列是由32根128元的双面微带振子组成的阵列，每根线阵的128单元由64个二元子阵组成，64个二元子阵包括两层馈电网络，第一层馈电网络为带状线网络，第二层网络为波导馈电网络，第一层网络与第二层网络之间连接带状线转微带线的过度结构，且微带线与绝缘子焊接，绝缘子连接波导同轴转换结构与波导功分网络相连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型的宽带低副瓣相控阵天线，其特征在于，所述二元子阵包括两层介质基板、设置在所述介质板上一分为四的微带阵子，左侧两个微带阵子和右侧两个微带阵子之间具有槽线，且微带阵子的头部具有带状线馈线。

3.根据权利要求1所述的一种新型的宽带低副瓣相控阵天线，其特征在于，所述两层介质板厚度为0.508mm采用材质为Rogers5880，介电常数2.2，损耗角正切0.009。并采用带状线-槽线式的平衡器结构对微带对称振子实现平衡馈电。

4.根据权利要求3所述的一种新型的宽带低副瓣相控阵天线，其特征在于，所述带状线网络为1分4的不等功分网络。

5.根据权利要求1所述的一种新型的宽带低副瓣相控阵天线，其特征在于，所述波导馈电网络是1分8的不等功分网络。

6.根据权利要求1所述的一种新型的宽带低副瓣相控阵天线，其特征在于，所述带状线的介质层开设有金属化空腔。

7.根据权利要求1所述的一种新型的宽带低副瓣相控阵天线，其特征在于，所述波导同轴转换结构中间部分有3个高度梯度，且波导同轴转换结构的输出端和微带线之间通过绝缘子进行焊接，实现双层功分网络的幅度加权。