CN116937185B - 智能双偏振线阵微波收发系统 - Google Patents
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Abstract
本申请属于天线行馈领域，公开了一种智能双偏振线阵微波收发系统，包括：若干个线阵方向排列的双偏振天线单元；双极化馈电网络，所述双极化馈电网络的分口端与所述双偏振天线单元连接，并与所述双偏振天线单元共同设置在安装底板上；其中所述双极化馈电网络由悬浮带线馈电网络和微带线馈电网络组合而成；本申请将悬浮带线馈电网络和微带线馈电网络进行组合，实现天线的低副瓣性能，将双偏振天线单元与双极化馈电网络安装在同一个安装板中，实现高度集成，带来更广泛的频宽覆盖、更小的损耗、更高的抗干扰能力和更低的系统噪声。
Description
技术领域
本申请涉及到天线行馈技术，具体而言涉及到一种智能双偏振线阵微波收发系统。
背景技术
目前相控阵天气雷达大多采用一维数字相控阵体制。一维数字相控阵天线阵列必然采用一维线阵来进行组阵，波导缝隙天线行馈作为一种成本低、损耗小、成品率高的微波天线行馈形式；但波导缝隙天线行馈在双偏振(双极化)，很难在同一天线行馈上实现水平、垂直双偏振性能，很难保证双极化一致性和大角度扫描，且存在频扫和色散效应，现有技术中为了解决此问题，采用了规模庞大的威尔金森功分网络，但不仅增加了硬件成本和设备调试成本，还大幅增加了射频网络损耗和噪声系数损失，且随着频率越高、波束越窄，微带功分网络造成的损耗更大，严重制约了此种类型的天线行馈应用；
因此针对现有技术中如何提供一种低损耗无源相控阵天线行馈是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种智能双偏振线阵微波收发系统，旨在解决现有技术中如何提供一种低损耗无源相控阵天线行馈的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明第一方面提出一种智能双偏振线阵微波收发系统，包括：
若干个线阵方向排列的双偏振天线单元；
双极化馈电网络，所述双极化馈电网络的分口端与所述双偏振天线单元连接，并与所述双偏振天线单元共同设置在安装底板上；其中所述双极化馈电网络由悬浮带线馈电网络和微带线馈电网络组合而成。
进一步地，所述智能双偏振线阵微波收发系统还包括：
张拉膜天线罩，所述张拉膜天线罩固定在所述安装底板上设置有所述双偏振天线单元的一侧，用于将所述若干个线阵方向排列的双偏振天线单元罩覆。
进一步地，所述双偏振天线单元采用带状线正交偶极子天线，所述带状线正交偶极子天线的馈电巴伦和辐射臂上设置有金属化过孔。
进一步地，所述双极化馈电网络包括水平和垂直极化的馈电网络，两个极化网络采用背靠背的独立腔体设计，以提高链路间隔离度。
进一步地，所述双极化馈电网络的总口端与T/R组件连接。
进一步地，所述双偏振天线单元包括96个，按照线阵方向等间距均匀排列。
进一步地，所述双极化馈电网络与所述双偏振天线单元连接的分口端采用1分8不等加权的微带线结构，形成微带线馈电网络；
分口端以外的馈电网络和传输线采用悬浮带线结构，形成悬浮带线馈电网络。
进一步地，所述带状线正交偶极子天线通过金属块压紧固定在安装底板上。
进一步地，所述悬浮带线结构由上层金属盖板、中间悬空的印制板电路和下层金属盖板及介质支撑柱连接而成。
进一步地，每个所述双偏振天线单元中间增加泡沫介质支撑块。
有益效果：
本申请的无源相控阵天线行馈使用若干个线阵方向排列的双偏振天线单元然后将双极化馈电网络的分口端与所述双偏振天线单元连接，其中所述双极化馈电网络包括了水平和垂直极化馈电网络，然后根据将所述双极化馈电网络采用不同的带线结构进行组合安装，使其实现相位的高度一致，达到低副瓣性能，带来更广泛的频宽覆盖、更小的损耗、更高的抗干扰能力和更低的系统噪声等多方面的优势。
附图说明
图1为本发明一实施例的智能双偏振线阵微波收发系统结构示意图；
图2为本发明一实施例的悬浮带线结构的结构示意图；
其中：1、双偏振天线单元；2、安装底板；3、双极化馈电网络；31、微带线馈电网络；32、悬浮带线馈电网络；4、张拉膜天线罩；5、安装骨架；7、T/R组件；311、上层金属盖板；312、网络印制板电路；313、下层金属盖板；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参照图1-图2，本发明提出了一种智能双偏振线阵微波收发系统，包括：若干个线阵方向排列的双偏振天线单元1；双极化馈电网络3，所述双极化馈电网络3的分口端与所述双偏振天线单元1连接，并与所述双偏振天线单元1共同设置在安装底板2上；其中所述双极化馈电网络3由悬浮带线馈电网络32和微带线馈电网络31组合而成。
在本实施例中，所述智能双偏振线阵微波收发系统包括若干个线阵方向排列的双偏振天线单元1、双极化馈电网络3等，其中，双偏振天线单元1可以提供两个正交方向上的极化信号，用于传输和接收电磁信号，而双极化馈电网络3则用于将输入信号分配到每个双偏振天线单元1上，并加权处理，以实现相控阵天线的指向控制，在这种行馈中，双极化馈电网络3采用了悬浮带线馈电网络32和微带线馈电网络31的组合方式，悬浮带线通常用于高频信号传输，实现低副瓣性能，具有较小的传输损耗和较好的抗干扰能力；微带线则适用于低频信号传输，也具有较低的传输损耗，通过混合使用这两种传输线路，可以充分发挥它们在不同频率范围内的性能优势，提高整个系统的馈电效果和性能表现，因此，采用本实施例中的设计可以实现低损耗、精确的电磁信号接收和传输；
其中所述双偏振天线单元1可以为96个，或者64个或者112个然后按照线阵方向等间距均匀排列，具体数量可以根据实际需求设置，通过调整线阵单元的数量和排列方式，可以适应不同的监测区域和信号传输需求。
在一实施例中，所述智能双偏振线阵微波收发系统还包括：张拉膜天线罩4，所述张拉膜天线罩4固定在所述安装底板2上设置有所述双偏振天线单元1的一侧，用于将所述若干个线阵方向排列的双偏振天线单元1罩覆。
在本实施例中，还包括了张拉膜天线罩4，这种天线罩是一种轻质、柔性、方便携带的天线罩，可以固定在安装底板2上设置有双偏振天线单元1的一侧，将若干个线阵方向排列的双偏振天线单元1罩覆起来；具体地，在天线行馈组成的阵列天线四周增加金属结构框架，用于固定张拉膜，所述张拉膜天线罩4的薄膜张拉后通过预埋在骨架内的绳索收紧，并用螺栓固定，张拉膜安装完成后，还需在边缘处打胶防水；可选的张拉膜天线罩4通过设置在安装底板2侧面的安装骨架5进行一体化安装，结构的稳定性更强。
张拉膜天线罩4采用轻质的材料结构，并且可以根据具体需求进行缩放和调整，因此，它更加灵活、适应性更强，由于张拉膜天线罩4可以完全罩住双偏振天线单元1，可以有效地屏蔽外部干扰信号，提高系统的抗干扰能力和接收质量，同时张拉膜天线罩4采用柔性材料，具有较高的抗震性能和耐用性，可以在恶劣的气候和环境条件下长期使用，具有较高的可靠性和稳定性。
在一实施例中，所述双偏振天线单元1采用带状线正交偶极子天线，所述带状线正交偶极子天线的馈电巴伦和辐射臂上设置有金属化过孔。
在本实施例中，所述双偏振天线单元1采用带状线正交偶极子天线，所述带状线正交偶极子天线的馈电巴伦和辐射臂上设置有金属化过孔，并通过调节馈电巴伦和辐射臂尺寸，实现水平、垂直极化优于-35dB的隔离度，使得两个极化天线的辐射相位中心重合、相位波瓣一致，提升电磁波定向传输和辐射性能，降低交叉极化电平，以保证双偏振气象推测时相位一致性。
在一实施例中，所述双极化馈电网络3包括水平和垂直极化的馈电网络，两个极化网络采用背靠背的独立腔体设计，以提高链路间隔离度。
在本实施例中，双极化馈电网络3是智能双偏振线阵微波收发系统中的一个重要组成部分，它包括水平和垂直极化的馈电网络，由于采用了背靠背的独立腔体设计，水平和垂直极化的馈电网络之间可以实现较高的隔离度，减少了信号互相干扰的可能性，提高了系统的稳定性和可靠性；双极化馈电网络3采用背靠背的设计，可以有效地节省系统的占地空间，实现更加紧凑和轻便的系统结构，使其适用于更多比较苛刻的系统应用场合；而且馈电网络的隔离效果不仅可以使得信号互不干扰，同时还能够有效地屏蔽外部的干扰信号，提高系统的抗干扰能力和传输质量，所以在发生故障时也可以更加精确地进行定位和维修。
在一实施例中，所述双极化馈电网络3的总口端与T/R组件7连接。
在本实施例中，双极化馈电网络3是智能双偏振线阵微波收发系统的一个重要组成部分，在天线阵列和T/R模块之间建立起了关键的连接，双极化馈电网络3的总口端可以通过专门的接口与T/R组件7连接起来，实现天线阵列和T/R模块之间的信号传输和控制，在信号传输过程中，T/R组件7可以根据管控信号的指示来进行调节和优化，适应不同的传输场合，提高信号传输的稳定性和质量。
在一实施例中，所述双偏振天线单元1包括96个，按照线阵方向等间距均匀排列。
在本实施例中，所述这种布局方式可以形成一个具有高分辨率和高灵敏度的天线阵列，可以广泛应用于雷达、卫星通信、导航定位等领域，采用线阵式布局可以实现对监测区域的均匀采样，从而使得检测结果更加准确和可靠，由于各个天线单元之间的间距相等，因此能够实现更加精细的信号采样和定位，可以通过调整线阵单元的数量和排列方式，可以适应不同的监测区域和信号传输需求。
在一实施例中，所述双极化馈电网络3与所述双偏振天线单元1连接的分口端采用1分8不等加权的微带线结构，形成微带线馈电网络31；
分口端以外的馈电网络和传输线采用悬浮带线结构，形成悬浮带线馈电网络32。
在本实施中，双极化馈电网络3与双偏振天线单元1连接的分口端采用了1分8不等加权的微带线结构，形成悬浮带线馈电网络32，在与天线单元焊接处预先设置相位调节段，便于工程实施过程中进行端口幅度相位的精确调节，这种结构可以在尽可能降低传输损耗的同时，提高信号传输的精度和稳定性，从而保证相控阵天线系统的性能和可靠性，微带线馈电网络31具有低损耗、高质量、易于制造等优点，可以提供可靠的信号传输和控制。
在一实施例中，所述带状线正交偶极子天线通过金属块压紧固定在安装底板2上。
在本实施例中，两个正交偶极子通过4个金属块压紧固定在安装底板2上：首先固定2个非焊接点面的金属块，保证焊接天线单元后的受力均匀性；其次，馈电网络分口采用绝缘子探针，与对应极化的天线单元馈电半月孔内带状线焊接；然后，安装剩余2个金属块，并保证金属化接地和阻抗匹配性。
在一实施例中，所述悬浮带线结构由上层金属盖板311、中间悬空的印制板电路和下层金属盖板313及介质支撑柱连接而成。
在本实施例中，所述悬浮带线结构由上层金属盖板311、中间悬空的印制板电路和下层金属盖板313及介质支撑柱连接而成，也称为三层悬浮带线结构，它由上层金属盖板311、中间悬空的印制板电路和下层金属盖板313及介质支撑柱连接而成；其中，上下层金属盖板313分别作为结构的地面，起到屏蔽和保护信号的作用，而中间的印制板电路则处于悬空状态，中间不接触任何金属物体，这种结构可以极大地减小悬浮带线与附近金属结构的耦合，从而提高了其抗干扰和抗辐射干扰能力，同时也可以减小信号传输过程中的损耗；介质支撑柱则用于支撑和固定上下层金属盖板313，并且通过选择不同类型和厚度的介质材料，可以实现对馈电加权网络的阻抗匹配和频率响应的调节；总而言之，悬浮带线结构是一种专门用于微波电路中的传输线，可以提供较低的传输损耗和较好的抗干扰和抗辐射干扰能力，通过采用三层悬浮带线结构，其性能可以进一步提升，从而更好地满足相控阵天线系统中对于传输损耗和信号控制的要求。
在一实施例中，每个所述双偏振天线单元1中间增加泡沫介质支撑块。
在本实施例中，每个所述双偏振天线单元1中间增加泡沫介质支撑块，其中所述泡沫介质支撑块的介电常数小于1.08，以对张拉膜天线罩4摆动时产生结构支撑，也可以提高其辐射效率，因为当双偏振天线单元1之间存在一定距离时，它们之间的耦合效应会降低，从而导致辐射效率的提高，泡沫介质支撑块作为一种良好的绝缘材料，可以增加双偏振天线单元1之间的距离，从而提高其辐射效率。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种智能双偏振线阵微波收发系统，其特征在于，包括：
若干个线阵方向排列的双偏振天线单元；
双极化馈电网络，所述双极化馈电网络的分口端与所述双偏振天线单元连接，并与所述双偏振天线单元共同设置在安装底板上；其中所述双极化馈电网络由悬浮带线馈电网络和微带线馈电网络组合而成；
所述双极化馈电网络包括水平和垂直极化的馈电网络，两个极化网络采用背靠背的独立腔体设计，以提高链路间隔离度；
所述双极化馈电网络与所述双偏振天线单元连接的分口端采用1分8不等加权的微带线结构，形成微带线馈电网络；
分口端以外的馈电网络和传输线采用悬浮带线结构，形成悬浮带线馈电网络；
所述悬浮带线结构由上层金属盖板、中间悬空的印制板电路和下层金属盖板及介质支撑柱连接而成，其中所述上层金属盖板和所述下层金属盖板分别作为结构的地面，所述印制板电路处于悬空状态。
2.根据权利要求1所述的智能双偏振线阵微波收发系统，其特征在于，所述智能双偏振线阵微波收发系统还包括：
张拉膜天线罩，所述张拉膜天线罩固定在所述安装底板上设置有所述双偏振天线单元的一侧，用于将所述若干个线阵方向排列的双偏振天线单元罩覆。
3.根据权利要求1所述的智能双偏振线阵微波收发系统，其特征在于，所述双偏振天线单元采用带状线正交偶极子天线，所述带状线正交偶极子天线的馈电巴伦和辐射臂上设置有金属化过孔。
4.根据权利要求1所述的智能双偏振线阵微波收发系统，其特征在于，所述双极化馈电网络的总口端与T/R组件连接。
5.根据权利要求1所述的智能双偏振线阵微波收发系统，其特征在于，所述双偏振天线单元包括96个，按照线阵方向等间距均匀排列。
6.根据权利要求3所述的智能双偏振线阵微波收发系统，其特征在于，所述带状线正交偶极子天线通过金属块压紧固定在安装底板上。
7.根据权利要求1所述的智能双偏振线阵微波收发系统，其特征在于，每个所述双偏振天线单元中间增加泡沫介质支撑块。
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