CN113381177A - 一种s频段双圆极化高集成度宽带相控阵子阵天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种S频段双圆极化高集成度宽带相控阵子阵天线，属于通信技术领域。包括独立辐射层和多层微带贴片天线；其中，独立辐射层PCB板4，选用Taconic单面芯板；多层微带贴片天线由两块单面芯板PCB板1和PCB板2，以及一块双面芯板PCB板3通过半固化片混合压制而成，构成馈电网络带状线模型；多层微带贴片天线的两块单面芯板PCB板1和PCB板2均采用Taconic单面芯板，双面芯板PCB板3选用Taconic双面芯板；独立辐射层与多层微带贴片天线通过金属螺柱进行紧固。本发明具有较高的隔离度、较宽的工作带宽、良好的圆极化特性和优良的电压驻波比，同时该天线具有低剖面、结构简单、易于加工等特点。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种S频段双圆极化高集成度宽带相控阵子阵天线。
背景技术
目前，航天测控由传统的单波束、单目标测控体制逐步发展为多波束、多目标测控体制。而采用抛物面天线的传统单个地面测控站已经无法满足同时多目标测控任务的需求，采用相控阵天线加数字波束形成(DBF)的架构可以实现同时多目标的测控。该架构的单站不仅可实现全空域范围内任意分布多达十几个目标的测控，同时能够适应未来测控网络化的发展趋势，是一种新型测控架构。而相控阵天线作为多目标相控阵测控系统的重要组成部分，其重要性不言而喻，会直接影响系统探测威力、电扫范围、波束宽度、接收灵敏度和DBF波束合成等系统性核心技术指标。但是常见的相控阵天线多为天线辐射单元与90°极化电桥分立设计构成圆极化，缺乏集成性；且受制于微带天线本身属性，带宽较窄、阵元间隔离度较差；不符合集成化、通用化和产品化的需求。为此，本发明通过采用多种馈电方式的多层微带天线、布设金属化接地孔、馈源有源牵引和插入空气腔等关键技术，设计并实现了一种高隔离低剖面的S频段双圆极化高集成度宽带相控阵子阵天线。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种S频段双圆极化高集成度宽带相控阵子阵天线。采用多种馈电方式的多层微带天线将90°极化电桥与辐射天线集成一体；通过在馈电网络和辐射单元周围合理布设金属化接地孔以提高阵元间同性极化隔离与异性极化隔离；通过馈源有源牵引和在多层微带天线与辐射层之间插入空气腔以改善相控阵子阵天线带宽。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种S频段双圆极化高集成度宽带相控阵子阵天线，包括独立辐射层和多层微带贴片天线；
其中，独立辐射层PCB板4，选用Taconic单面芯板；
多层微带贴片天线由两块单面芯板PCB板1和PCB板2，以及一块双面芯板PCB板3通过半固化片混合压制而成，构成馈电网络带状线模型；
多层微带贴片天线的两块单面芯板PCB板1和PCB板2均采用Taconic单面芯板，双面芯板PCB板3选用Taconic双面芯板；
独立辐射层与多层微带贴片天线通过金属螺柱进行紧固；
天线底面的金属板对整个S频段相控阵子阵天线起结构支撑作用，同时用作反射板，以减小天线的后瓣，增大主瓣增益。
可选的，所述独立辐射层PCB板4，选用厚度为0.79mm、介电常数为2.55、铜厚为0.5oZ的Taconic单面芯板；
多层微带贴片天线的两块单面芯板PCB板1和PCB板2均采用厚度为0.79mm、介电常数为2.55、铜厚为0.5oZ的Taconic单面芯板，双面芯板PCB板3选用厚度为3.18mm、介电常数为6.15、铜厚为0.5oZ的Taconic双面芯板。
可选的，所述相控阵子阵天线采用双馈点探针接触和电磁耦合两种馈电方式，相控阵天线的馈电网络采用3dB的90°电桥设计，通过双馈点正交馈电，最终将两路幅度相等、相差90°的信号合成为双圆极化信号。
可选的，所述相控阵子阵天线的射频端口采用SMP-Female盲插形式；天线罩选用EW250/10128材质。
可选的，所述相控阵子阵天线的工作频率为S波段；顶点增益＞10.5dB；回波损耗＞18dB；阵元的同性极化隔离和异性极化隔离都＞22dB；电压驻波比＜1.25；轴比＜2.1dB@±60°电扫描范围内；剖面高度＜0.1λ0，λ0为空气介质波长。
本发明的有益效果在于：本发明S频段相控阵子阵天线是采用双馈点探针接触和电磁耦合两种馈电方式的多层微带贴片天线，双馈点探针通过等幅、相差90°极化电桥网络合成左旋、右旋同时双圆极化信号，之后再通过电磁耦合和分立辐射层完成对空间电磁波信号的辐射与接收，此外，在馈电网络和辐射单元周围需合理布设金属化接地孔。S频段相控阵子阵天线由四个完全相同的单元天线，通过馈源有源牵引组成2×2阵列。S频段相控阵子阵天线阵元间具有较高的隔离度、较宽的工作带宽、良好的圆极化特性和优良的电压驻波比，同时该天线具有低剖面(高度尺寸为0.1λ0，λ0为空气介质波长)、结构简单、易于加工等特点。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为3dB 90°极化电桥三维电磁仿真模型图；
图2为相控阵子阵天线的叠层拓扑图；
图3为S频段相控阵子阵天线三维电磁仿真模型图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图3，为S频段相控阵子阵天线，是采用双馈点探针接触和电磁耦合两种馈电方式的多层微带贴片天线。由于相控阵天线需要同时输出左旋和右旋双圆极化信号，因此相控阵天线的馈电网络采用如图1所示的3dB 90°电桥设计，通过双馈点正交馈电，最终将两路幅度相等、相差90°的信号合成为双圆极化信号，该馈电网络结构简单，成本低廉，且易于加工实现。
S频段相控阵子阵天线主要由独立辐射层和多层微带贴片天线两部分构成，图2给出了相控阵子阵天线的叠层拓扑图。其中，独立辐射层(PCB板4)选用厚度为0.79mm、介电常数为2.55、铜厚为0.5oZ的Taconic单面芯板。多层微带贴片天线由两块单面芯板(PCB板1和PCB板2)和一块双面芯板(PCB板3)通过半固化片混合压制而成，构成馈电网络带状线模型。多层微带贴片天线的两块单面芯板(PCB板1和PCB板2)均选用厚度为0.79mm、介电常数为2.55、铜厚为0.5oZ的Taconic单面芯板，双面芯板(PCB板3)选用厚度为3.18mm、介电常数为6.15、铜厚为0.5oZ的Taconic双面芯板。独立辐射层与多层微带贴片天线通过金属螺柱进行紧固。基于图2给出的S频段相控阵子阵天线叠层拓扑图，构建三维电磁仿真模型如图3所示。从图3中可以看出通过金属螺柱将独立辐射层和多层微带贴片天线固定在天线底面的金属板上；天线底面的金属板对整个S频段相控阵子阵天线起结构支撑作用，同时还兼有反射板的作用，以减小天线的后瓣，增大主瓣增益。
本发明技术指标优良、调试方便、集成度高、成本低、结构简单且小型化，便于批量生产。金属壳体采用铝合金材质，这样既可保证电磁屏蔽效能，又可实现产品的轻量化；射频端口均采用SMP-Female盲插形式，有利于快速插拔；天线罩选用EW250/10128材质。
本发明S频段相控阵子阵天线的部分指标如下：
(1)工作频率：S波段；
(2)顶点增益：＞10.5dB；
(3)回波损耗：＞18dB；
(4)阵元的同性极化隔离和异性极化隔离都＞22dB；
(5)电压驻波比：＜1.25；
(6)轴比：＜2.1dB@±60°电扫描范围内；
(7)剖面高度：＜0.1λ0，λ0为空气介质波长。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种S频段双圆极化高集成度宽带相控阵子阵天线，其特征在于：包括独立辐射层和多层微带贴片天线；
其中，独立辐射层PCB板4，选用Taconic单面芯板；
多层微带贴片天线由两块单面芯板PCB板1和PCB板2，以及一块双面芯板PCB板3通过半固化片混合压制而成，构成馈电网络带状线模型；
多层微带贴片天线的两块单面芯板PCB板1和PCB板2均采用Taconic单面芯板，双面芯板PCB板3选用Taconic双面芯板；
独立辐射层与多层微带贴片天线通过金属螺柱进行紧固；
天线底面的金属板对整个S频段相控阵子阵天线起结构支撑作用，同时用作反射板，以减小天线的后瓣，增大主瓣增益。
2.根据权利要求1所述的一种S频段双圆极化高集成度宽带相控阵子阵天线，其特征在于：所述独立辐射层PCB板4，选用厚度为0.79mm、介电常数为2.55、铜厚为0.5oZ的Taconic单面芯板；
多层微带贴片天线的两块单面芯板PCB板1和PCB板2均采用厚度为0.79mm、介电常数为2.55、铜厚为0.5oZ的Taconic单面芯板，双面芯板PCB板3选用厚度为3.18mm、介电常数为6.15、铜厚为0.5oZ的Taconic双面芯板。
3.根据权利要求1所述的一种S频段双圆极化高集成度宽带相控阵子阵天线，其特征在于：所述相控阵子阵天线采用双馈点探针接触和电磁耦合两种馈电方式，相控阵天线的馈电网络采用3dB的90°电桥设计，通过双馈点正交馈电，最终将两路幅度相等、相差90°的信号合成为双圆极化信号。
4.根据权利要求1所述的一种S频段双圆极化高集成度宽带相控阵子阵天线，其特征在于：所述相控阵子阵天线的射频端口采用SMP-Female盲插形式；天线罩选用EW250/10128材质。
5.根据权利要求1所述的一种S频段双圆极化高集成度宽带相控阵子阵天线，其特征在于：所述相控阵子阵天线的工作频率为S波段；顶点增益＞10.5dB；回波损耗＞18dB；阵元的同性极化隔离和异性极化隔离都＞22dB；电压驻波比＜1.25；轴比＜2.1dB@±60°电扫描范围内；剖面高度＜0.1λ0，λ0为空气介质波长。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210910 |