CN114284739B - 一种Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信设备领域，公开了一种Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，包括介质板、第一金属微带线、第二金属微带线、第一短截线单元组、第二短截线单元组、金属接地板；所述的介质板安装在金属接地板上，所述的第一金属微带线和第二金属微带线安装在所述的介质板上；所述的第一短截线单元组安装在第一金属微带线远离中轴线一侧的侧面，所述的第二短截线单元组安装在所述的第二金属微带线远离中轴线一侧的侧面；所述的第一短截线单元组的单元数量少于所述的第二短截线单元组的单元数量。本发明解决了现有技术结构复杂，成本高，精度低的问题，并具有低成本，易集成，易加工、能够高精度的波束扫描的优点。
Description
技术领域
本发明涉及通信设备领域，更具体的，涉及一种Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线。
背景技术
漏波天线是一种行波天线，其主要特征是主瓣波束能够随着频率的变化而进行扫描。传统的漏波天线是通过金属矩形波导开缝的方案来实现，这种方案的缺点在于波导的体积大，不易于集成。后来，利用微带线或基片集成波导的方案具有平面结构、体积小、容易和电路集成等优点而引起人们的兴趣，因此具有单波束扫描的漏波天线已被广泛研究。
在雷达等系统中，单波束扫描中波束宽度的影响会导致对目标角度的确定出现误差。和差波束来提升对目标定位的精度和实现对目标的跟踪，对于雷达的性能有很大的提升。因此，设计一种具有和差波束扫描功能的漏波天线在雷达等系统中具有实际应用价值。
传统的波束扫描方案主要有两种方案，其中一种是机械扫描，需要将天线放置于转台上实现，这种方案不易于集成，成本较高且精度有限。而另外一种是相控阵天线，需要复杂的馈电网络，其设计复杂和成本较高。针对这一问题，现有专利公开有一种具有大圆极化波束扫描范围的基片集成波导漏波天线，解决了传统圆极化漏波天线圆极化波束扫描范围小的问题。然而现有的有波束扫描功能的漏波天线结构较复杂，成本较高，精度较低。因此，如何设计一种低成本，易集成，易加工、能够高精度的波束扫描天线是本技术领域急需解决的问题。
发明内容
本发明为了解决现有具有波束扫描功能的漏波天线结构复杂，成本高，精度低的问题，设计了一种Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，其具有低成本，易集成，易加工、能够高精度的波束扫描的优点。
为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：
一种Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，包括介质板、第一金属微带线、第二金属微带线、第一短截线单元组、第二短截线单元组、金属接地板；所述的介质板安装在金属接地板上，所述的第一金属微带线和第二金属微带线安装在所述的介质板上；所述的第一短截线单元组安装在第一金属微带线远离中轴线一侧的侧面，所述的第二短截线单元组安装在所述的第二金属微带线远离中轴线一侧的侧面；所述的第一短截线单元组的单元数量少于所述的第二短截线单元组的单元数量。
优选的，所述的第一短截线单元组包括25个第一短截线单元，所述的第一短截线单元周期性排列，其周期距离为p1。
进一步的，所述的第二短截线单元组包括26个第二短截线单元，所述的第二短截线单元周期性排列，其周期距离为p2。
更进一步的，所述的第一短截线单元组的第一短截线单元周期距离p1大于所述的第二短截线单元组的周期距离p2。
更进一步的，所述的第一短截线单元的长度大于所述第二短截线单元的长度。
更进一步的，所述的第一金属微带线和第二金属微带线设有间距。
更进一步的，所述的第一金属微带线和第二金属微带线长度相同。
更进一步的，所述的第一金属微带线的一端和第二金属微带线的同方向的一端均连有阻抗负载。
更进一步的，所述的第一金属微带线另一端和第二金属微带线同方向的另一端均连接有Ku波段的宽带和差网络。
更进一步的，所述的阻抗负载的电阻为50Ω。
本发明的有益效果如下：
本发明通过在第一金属微带线和第二金属微带线侧面分别安装不同周期的第一短截线单元组和第二短截线单元组，使其能够同时向空间中同时辐射出两个不同角度的波束。当使用和端口馈电时，天线会辐射出一个波束宽度较大的和波束；当使用差端口馈电时，天线会辐射出差波束。由此，这种结构不仅能够提供了足够的工作带宽和增益，在工作带宽内实现了广扫描范围，解决了现有技术有波束扫描功能的漏波天线结构复杂，成本高，精度低的问题。
附图说明
图1为本漏波天线的透视图。
图2为本漏波天线的俯视图。
图3是图2中A部分的局部放大图。
图4是本漏波天线的侧视图。
图5是本漏波天线的反射系数图。
图6是本漏波天线的和波束和端口馈电的增益图。
图7是本漏波天线的波束辐射方向图。
图8是本漏波天线的差波束(差端口馈电)的增益图。
图9是本漏波天线在的滚动角平面上，工作在12.2GHz的差波束辐射方向图。
图10是本漏波天线在的滚动角平面上，工作在13GHz的差波束辐射方向图。
图11是本漏波天线在的滚动角平面上，工作在13GHz的差波束辐射方向图。
图12是本漏波天线在的滚动角平面上，工作在15GHz的差波束辐射方向图。
图13是本漏波天线在的滚动角平面上，工作在16GHz的差波束辐射方向图。
图14是本漏波天线在的滚动角平面上，工作在17GHz的差波束辐射方向图。
图15是本漏波天线在的滚动角平面上，工作在17.8GHz的差波束辐射方向图。
其中，1-介质板、2-第一金属微带线、3-第二金属微带线、4-金属接地板、 5-第一短截线单元、6-第二短截线单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。
实施例1
如图1所示，在一个具体实施例中，一种Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，包括介质板1、第一金属微带线2、第二金属微带线3、第一短截线单元组、第二短截线单元组、金属接地板4；所述的介质板1安装在金属接地板4上，所述的第一金属微带线2和第二金属微带线3安装在所述的介质板1上；所述的第一短截线单元组安装在第一金属微带线2远离中轴线一侧的侧面，所述的第二短截线单元组安装在所述的第二金属微带线3远离中轴线一侧的侧面；所述的第一短截线单元组的单元数量少于所述的第二短截线单元组的单元数量；本实施例中，所述的第一金属微带线2和第二金属微带线3分别对称的安装在所述介质板1的中轴线的两侧。
在本实施例中，所述的第一金属微带线和第二金属微带线可以为包括金属微带线、共面线、槽线和鳍状线等多种适合制作微波集成电路的平面结构传输线。
实施例2
如图1所示，在一个具体实施例中，一种Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，包括介质板1、第一金属微带线2、第二金属微带线3、第一短截线单元组、第二短截线单元组、金属接地板4；所述的介质板1安装在金属接地板4上，所述的第一金属微带线2和第二金属微带线3安装在所述的介质板1上；所述的第一短截线单元组安装在第一金属微带线远离中轴线一侧的侧面，所述的第二短截线单元组安装在所述的第二金属微带线3远离中轴线一侧的侧面；所述的第一短截线单元组的单元数量少于所述的第二短截线单元组的单元数量。本实施例中，所述的介质板1为固体电介质，具有装配难度低，便于生产的特点，所述的介质板1位于的滚动角平面上，所述的第一金属微带线2和第二金属微带线3分别安装在所述介质板1的中轴线两侧。
在一个具体实施例中，所述的第一短截线单元组包括25个第一短截线单元 5，所述的第一短截线单元5周期性排列，其周期距离为p1。
在一个具体实施例中，所述的第二短截线单元组包括26个第二短截线单元6，所述的第二短截线单元6周期性排列，其周期距离为p2。
在一个具体实施例中，所述的第一短截线单元组的第一短截线单元5周期距离p1大于所述的第二短截线单元组的周期距离p2。本实施中p1为7.3mm， p2为7mm。
所述的第一短截线单元5的长度大于所述第二短截线单元6的长度。本实施例中，第一短截线单元5的长度为3.55mm，而第二短截线单元6的长度为3.45mm。
实施例3
如图1所示，在一个具体实施例中，一种Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，包括介电常数为10.2，损耗角正切为0.0025，长度为182.5mm，宽度为20mm，厚度为1mm的介质板1、第一金属微带线2、第二金属微带线3、第一短截线单元组、第二短截线单元组、长度为182.5mm，宽度为20mm的金属接地板4；所述的介质板1安装在金属接地板4上，所述的第一金属微带线2 和第二金属微带线3安装在所述的介质板1上；所述的第一短截线单元组安装在第一金属微带线2的侧面，所述的第二短截线单元组安装在所述的第二金属微带线3的侧面；所述的第一短截线单元组的单元数量少于所述的第二短截线单元组的单元数量，并且所述的第一短截线单元组的周期距离大于所述的第二短截线单元组的周期距离。
本实施例中，本漏波天线采用印刷电路板技术制作而成，具有成本低，装配难度低的优先。
在一个具体实施例中，所述的第一短截线单元组包括25个第一短截线单元 5，所述的第一短截线单元5周期性排列，其周期距离为p1。本实施例中p1＝7.3 mm。
在一个具体实施例中，所述的第二短截线单元组包括26个第二短截线单元 6，所述的第二短截线单元6周期性排列，其周期距离为p2。本实施例中p2＝7mm。
在一个具体实施例中，所述的第一短截线单元组的第一短截线单元5周期距离p1大于所述的第二短截线单元组的周期距离p2。
在一个具体实施例中，所述的第一短截线单元5的长度大于所述第二短截线单元6的长度。本实施例中第一短截线单元5的长度为3.55mm，第二短截线单元6的长度为3.45mm，而且第一短截线单元5和第二短截线单元6的宽度均为 0.55mm。
在一个具体实施例中，所述的第一金属微带线2和第二金属微带线3设有等间距。本实施例中该等间距为8mm。
在一个具体实施例中，所述的第一金属微带线2和第二金属微带线3长度相同，均为182.5mm。
在一个具体实施例中，所述的第一金属微带线2的一端和第二金属微带线3 的同方向的一端均连有阻抗负载。
在一个具体实施例中，所述的第一金属微带线2另一端和第二金属微带线3 同方向的另一端与Ku波段的宽带和差网络的两个输出端口相连。
在一个具体实施例中，所述的阻抗负载的电阻为50Ω。
实施例4
如图1所示，在一个具体实施例中，一种Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，包括介电常数为10.2，损耗角正切为0.0025，长度为182.5mm，宽度为20mm，厚度为1mm的介质板1、第一金属微带线2、第二金属微带线3、第一短截线单元组、第二短截线单元组、长度为182.5mm，宽度为20mm的金属接地板4；所述的介质板1安装在金属接地板4上，所述的第一金属微带线2 和第二金属微带线3安装在所述的介质板1上；所述的第一短截线单元组安装在第一金属微带线2的侧面，所述的第二短截线单元组安装在所述的第二金属微带线3的侧面；所述的第一短截线单元组的单元数量少于所述的第二短截线单元组的单元数量，并且所述的第一短截线单元组的周期距离大于所述的第二短截线单元组的周期距离。
本实施例中，所述的第一金属微带线2、第二金属微带线3均为金属微带传输线。
本实施例中，所述介质板1为固体电介质，其具有装配难度低，便于生产的特点
本实施例中，本漏波天线采用印刷电路板技术制作而成，具有成本低，装配难度低的优先。
在一个具体实施例中，所述的第一短截线单元组包括25个第一短截线单元 5，所述的第一短截线单元5周期性排列，其周期距离为p1。本实施例中p1＝7.3 mm。
在一个具体实施例中，所述的第二短截线单元组包括26个第二短截线单元 6，所述的第二短截线单元6周期性排列，其周期距离为p2。本实施例中p2＝7mm。
在一个具体实施例中，所述的第一短截线单元组的第一短截线单元5周期距离p1大于所述的第二短截线单元组的周期距离p2。
在一个具体实施例中，所述的第一短截线单元5的长度大于所述第二短截线单元6的长度。本实施例中第一短截线单元5的长度为3.55mm，第二短截线单元6的长度为3.45mm，而且第一短截线单元5和第二短截线单元6的宽度均为 0.55mm。
在一个具体实施例中，所述的第一金属微带线2和第二金属微带线3设有等间距。本实施例中该间距为8mm。
在一个具体实施例中，所述的第一金属微带线2和第二金属微带线3长度相同，均为182.5mm。
在一个具体实施例中，所述的第一金属微带线2的一端和第二金属微带线3 的同方向的一端均连有阻抗负载。
在一个具体实施例中，所述的第一金属微带线2另一端和第二金属微带线3 同方向的另一端与Ku波段的宽带和差网络的两个输出端口相连。
在一个具体实施例中，所述的阻抗负载的电阻为50Ω。
如图5所示，端口1阻抗带宽(|S11|<10dB)和端口2的阻抗带宽 (|S22|<10dB)在Ku波段(12GHz-18GHz)内基本满足|S|<10dB要求，端口 1阻抗带宽显示出该天线在14.7GHz附近存在阻带，端口2阻抗带宽显示出该天线在15.4GHz附近存在阻带。
如图6所示，波束的增益大部分大于10dBi，且当频率大于13GHz时，和波束的最大增益保持在12dBi以上。
如图7所示，在的滚动角平面上，工作在12.2、13、14、15、16、17、 17.8GHz的和波束辐射方向图，从图7可以看出和波束扫描的范围从47.5°～30°，能够从后向到前向进行扫描。因此该天线具有扫描角度宽的优点。
如图8所示，和波束的增益大部分大于11dBi。
如图9、10、11、12、13、14、15所示，工作在12.2、13、14、15、16、17、 17.8GHz的差波束零点基本在9dB以下。
本发明将本漏波天线装配在介电常数为10.2，损耗角正切为0.0025，长度为182.5mm，宽度为20mm，厚度为1mm的介质板上，并将第一金属微带线2和第二金属微带线3侧面分别安装不同周期的第一短截线单元组和第二短截线单元组，两个传输线长度为182.5mm，宽度为0.9mm。第一个传输线位于第二个传输线的右侧，两传输线的中轴线相距8mm。两组短截线的宽度为0.5mm。第一组短截线加载在第一个传输线的右侧，其周期为7.3mm，长度为3.55mm。第二组短截线加载在第二个传输线的左侧，其周期为7mm，长度为3.45mm。金属接地板4长度为182.5mm，宽度为20mm，以此实现同时向空间中同时辐射出两个不同角度的波束。当使用和端口馈电时，天线会辐射出一个波束宽度较大的和波束；当使用差端口馈电时，天线会辐射出差波束。由此，这种结构不仅能够提供了足够的工作带宽和增益，在工作带宽内实现了广扫描范围，解决了现有技术有波束扫描功能的漏波天线结构复杂，成本高，精度低的问题。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，其特征在于：包括介质板(1)、第一金属微带线(2)、第二金属微带线(3)、第一短截线单元组、第二短截线单元组、金属接地板(4)；所述的介质板(1)安装在金属接地板(4)上，所述的第一金属微带线(2)和第二金属微带线(3)安装在所述的介质板(1)上；所述的第一短截线单元组安装在第一金属微带线(2)远离中轴线一侧的侧面，所述的第二短截线单元组安装在所述的第二金属微带线(3)远离中轴线一侧的侧面；所述的第一短截线单元组的单元数量少于所述的第二短截线单元组的单元数量；
所述的第一短截线单元组包括若干个第一短截线单元(5)，所述的第一短截线单元(5)周期性排列，其周期距离为p1；
所述的第二短截线单元组包括若干个第二短截线单元(6)，所述的第二短截线单元(6)周期性排列，其周期距离为p2；
所述的第一短截线单元组的第一短截线单元(5)周期距离p1大于所述的第二短截线单元组的周期距离p2；
所述的第一短截线单元(5)的长度大于所述第二短截线单元(6)的长度；
所述的第一金属微带线(2)和第二金属微带线(3)设有等间距。
2.根据权利要求1所述的Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，其特征在于：所述的第一短截线单元组包括25个第一短截线单元(5)。
3.根据权利要求2所述的Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，其特征在于：所述的第一金属微带线(2)和第二金属微带线(3)长度相同。
4.根据权利要求3所述的Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，其特征在于：所述的第一金属微带线(2)的一端和第二金属微带线(3)的同方向的一端均连有阻抗负载。
5.根据权利要求4所述的Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，其特征在于：所述的第一金属微带线(2)另一端和第二金属微带线(3)同方向的另一端均连接有Ku波段的宽带和差网络。
6.根据权利要求5所述的Ku波段的具有和差波束扫描功能的漏波天线，其特征在于：所述的阻抗负载的电阻为50Ω。
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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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| GR01 | Patent grant | ||
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