CN1719662A - 介质基片集成单脉冲天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于无线通信、雷达、电子导航与电子对抗等电子设备的介质基片集成单脉冲天线，包括介质基片板，在介质基片板的正反两面均设有金属箔，在其中一面的金属箔上刻蚀有缝隙阵列、微带功分器及和差器，缝隙阵列单元与微带功分器的一端连接，微带功分器的另一端连接与和差器连接，在介质基片板和金属箔设有互通通孔且该通孔为金属化通孔，金属化通孔呈“U”形排列，呈“U”形排列的金属化通孔将缝隙阵列单元包围其内；本发明具有易于生产、尤其是易于批量生产且制造精度高、并能提高天线性能等优点，本发明能够实时探知反射物体所在方向。

Description

介质基片集成单脉冲天线
                          技术领域
本发明涉及一种可在通信系统的天线和馈电模块中应用的天线，尤其涉及一种介质基片集成单脉冲天线。
                          背景技术
传统的单脉冲天线的实现方法是使用相互交错的两组金属波导缝隙阵列，一组用偶模激励，另一组用奇模激励。这两组波导缝隙阵列的幅度分布相同，它们各自对于远区散射场的贡献相同。由于这两组激励相互正交，所以它们所产生的单脉冲增益不受影响，保持较高的水平。而且由于两组阵列的缝隙配置基本相同，这就使得两组波导中的波传播速度以及缝隙间距基本相同，从而在频率变化时得到基本相同的和差方向图。通过检测获得的和差波束就能够实时侦知反射物体所在的方向，因此这种天线在雷达系统和卫星定位系统中有广泛的应用。然而，传统的单脉冲天线所用的金属波导体积较大、重量很重、移动困难；其材料成本较高、加工成本昂贵，而且由于其移动困难造成了相关的机械成本的增加；更不便的是，金属波导的制造精度无法保证成品天线工作正常，这样在加工完成后还需要一个调整过程以修正误差，就造成了批量生产的困难。这些缺陷使得此类天线造价极为昂贵。
                          发明内容
本发明提供一种易于生产、尤其是易于批量生产且制造精度高、并能提高天线性能的介质基片集成单脉冲天线，本发明能够实时探知反射物体所在方向。
本发明采用如下技术方案：
一种用于无线通信、雷达、电子导航与电子对抗等电子设备的介质基片集成单脉冲天线，包括介质基片板，在介质基片板的正反两面均设有金属箔，在其中一面的金属箔上刻蚀有缝隙阵列、微带功分器及和差器，缝隙阵列单元与微带功分器的一端连接，微带功分器的另一端连接与和差器连接，在介质基片板和金属箔设有互通通孔且该通孔为金属化通孔，金属化通孔呈“U”形排列，呈“U”形排列的金属化通孔将缝隙阵列单元包围其内。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明是在一块介质基片上形成了整个天线和馈电系统。首先，通过在介质基片上打多排金属通孔形成多个平行的介质基片集成波导，这种波导工作于主模状态时具有和矩形金属波导相类似的传输特性和场分布。相邻的通孔间距以及排与排之间的距离都根据实际要求确定。然后在介质基片的表面金属层上蚀刻出缝隙阵列，每个缝隙的长度和位置都可以通过精确地计算确定，使其满足有源导纳谐振条件并位于短路波导中驻波的波峰上。这样形成的波导缝隙阵列被完全集成在一块介质基片上，而且成熟的PCB、LTCC等加工工艺保证了制造的精度和可靠性。最后利用微带环形电桥和微带功分器组成的馈电网络，再通过低损耗的微带一介质基片集成波导连接，把功率馈入介质基片集成波导中，获得和差波束。本发明把馈电网络和波导缝隙阵列集成到同一块介质基片上。本发明具有如下具体优点：
1)单脉冲增益较高，而且角度灵敏度较高，使其能够满足苛刻条件的需要；可以赋形的方向图使得这种天线可以广泛应用于各种雷达和卫星定位系统。
2)体积小、重量轻、易于集成、加工成本低。这种介质基片集成单脉冲天线完全在一块介质基片上实现整个天线和馈电系统。和传统的金属波导缝隙阵列天线比较，它的体积和重量都要小得多。而且由于可以利用成熟的PCB、LTCC等工艺技术加工，使其加工成本大大降低。
3)制造精度高，可以批量生产。PCB等制造工艺的精度要大大优于金属波导的制作和开槽工艺。这就保证了每次加工出的天线都能符合设计要求，不需要修正误差的过程。这样为大规模批量生产提供了可能。
                          附图说明
图1是本发明实施例的结构主视图。
图2是本发明实施例的结构俯视图。
图3是本发明实施例的结构后视图。
图4是本发明的金属化通孔结构示意图。
图5是本发明和差器结构剖视图。
图6是本发明第一端口馈电的H面归一化辐射方向图的计算和测试结果比较图。
图7是本发明第三端口馈电的E面归一化辐射方向图的计算和测试结果比较图。
                          具体实施方式
实施例1
一种用于无线通信、雷达、电子导航与电子对抗等电子设备的介质基片集成单脉冲天线，其特征在于包括介质基片板1，在介质基片板1的正反两面均设有金属箔5、6，在其中一面的金属箔5上刻蚀有缝隙阵列3、微带功分器4及和差器6，缝隙阵列单元与微带功分器4的一端连接，微带功分器4的另一端连接与和差器6连接，在介质基片板1和金属箔5、6设有互通通孔2且该通孔2为金属化通孔，金属化通孔呈“U”形排列，呈“U”形排列的金属化通孔将缝隙阵列单元包围其内。
实施例2
本发明利用微带环形3dB电桥来实现单脉冲天线所需的和差波束。令上图中的2端口和4端口连接接收天线，接收到的信号在1端口叠加形成和波束，在3端口相减形成差波束。微带环形电桥和基片集成波导缝隙阵列天线一起形成整个天馈系统，并可以集成到一块PCB基片上实现。单脉冲天线的设计的工作频率在X波段，中心频率10GHz。采用介电常数εr＝2.4的介质基片，基片的厚度为1.5mm，基片的介质损耗角正切tanδ＝0.002。令引出臂的宽度为W1＝2.4mm，则引出臂的特性阻抗Zc＝73.94Ω。环带的特性阻抗为引出臂的 倍，为104.57Ω。由此可以进一步得到环带的宽度W2＝1.19mm。我们知道微带电桥环带的总长度为540度，根据环带的特性阻抗等条件可以得到环带的总长度为32.38mm。由此可知环带的半径等于5.15mm，其中内径为4.56mm，外径为5.75mm。四条引出臂之间的间隔分别为90度、90度、90度和270度。
与微带环形电桥相连的是一个4行8列等幅分布基片集成波导缝隙阵列。基片集成波导的宽度a＝12.46mm，基片厚度b＝1.5mm，所有缝隙的宽度均为0.2mm。各缝隙的长度和相对于波导中心线的位移可见下表：
缝隙波导中心距x(mm) 第一列 第二列 第三列 第四列 第五列 第六列 第七列 第八列
第一行   0.21   -0.24   0.22   -0.24   0.23   -0.23   0.24   -0.21
第二行   0.19   -0.21   0.22   -0.21   0.21   -0.21   0.21   -0.19
第三行   0.19   -0.21   0.21   -0.21   0.21   -0.22   0.21   -0.19
第四行   0.21   -0.24   0.23   -0.23   0.23   -0.22   0.24   -0.21
缝隙长度l(mm)   第一列   第二列   第三列   第四列   第五列   第六列   第七列   第八列
第一行   12.24   12.26   12.22   12.24   12.23   12.24   12.25   12.25
第二行   12.31   12.31   12.31   12.30   12.32   12.29   12.32   12.30
第三行   12.30   12.33   12.29   12.32   12.30   12.31   12.31   12.31
第四行   12.25   12.25   12.24   12.23   12.24   12.22   12.26   12.24
本发明的工作过程是：功率首先通过基片的金属表面蚀刻出的缝隙阵列进入基片集成波导，再经过微带一介质基片集成波导连接进入各个微带分支，继而通过微带功分器合成为两路信号。这两路信号在微带环形电桥的作用下产生和差波束即为接收信号。其中基片集成波导的缝隙长度和位置的不同将给辐射出的方向图赋予不同的形状。每个缝隙都必须工作在谐振条件下，使得天线有较小的插入损耗。发射天线的工作过程与之相反。

Claims (1)

1、一种用于无线通信、雷达、电子导航与电子对抗等电子设备的介质基片集成单脉冲天线，其特征在于包括介质基片板(1)，在介质基片板(1)的正反两面均设有金属箔(5、6)，在其中一面的金属箔(5)上刻蚀有缝隙阵列(3)、微带功分器(4)及和差器(6)，缝隙阵列单元与微带功分器(4)的一端连接，微带功分器(4)的另一端连接与和差器(6)连接，在介质基片板(1)和金属箔(5、6)设有互通通孔(2)且该通孔(2)为金属化通孔，金属化通孔呈“U”形排列，呈“U”形排列的金属化通孔将缝隙阵列单元包围其内。
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