CN212848849U - 一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，包括宽波束双极化天线单元、T/R组件、波束控制模块、馈电网络和电源模块；所述宽波束双极化天线单元由两组单极化宽波束微带天线阵列相互垂直交叉排列形成栅格结构，每组单极化宽波束微带天线阵列包括多个平行并排设置的单极化宽波束微带天线阵列，单极化宽波束微带天线阵列由多组宽波束微带偶极子天线排列印制而成，每一组宽波束微带偶极子天线由微带偶极子贴片和两组倒L形的接地贴片组成。本实用新型的天线可以进行宽角度的波束扫描，并且具有极化可切换的功能，同时可以减少印制板的层数，减少子阵的层压次数，提高有源子阵的可靠性和散热能力。

Description

一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵

技术领域

本实用新型涉及相控阵天线领域，具体涉及一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵。

背景技术

随着相控阵技术的发展，为了提高雷达的性能，对天线的电性能要求也越来越高，比如超宽带、超分辨率、以及低旁瓣宽角度扫描等要求。微带天线凭借其重量轻、低剖面、稳定性好等优点，逐渐成为相控阵天线的最佳选择。

但是，传统的微带相控阵天线由于天线单元的限制，波束扫描角一般在-50°～50°，并且增益下降4-5dB。同时，传统的相控阵天线一般只具有单一的极化方式，这使得天线接收的可用信号范围变窄，而且传统的高集成相控阵天线系统中实现高集成的方法是将阵列天线、收发组件、校准网络等模块通过层压的技术集成到同一块多层印制板上，虽然减小了体积，但是忽略了散热和可靠性等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，可以进行宽角度的波束扫描，并且具有极化可切换的功能，同时可以减少印制板的层数，减少子阵的层压次数，提高有源子阵的可靠性和散热能力。

本实用新型通过下述技术方案实现：

本实用新型一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，包括宽波束双极化天线单元、T/R组件、波束控制模块、馈电网络和电源模块；所述宽波束双极化天线单元由两组单极化宽波束微带天线阵列相互垂直交叉排列形成栅格结构，每组单极化宽波束微带天线阵列包括多个平行并排设置的单极化宽波束微带天线阵列，单极化宽波束微带天线阵列由多组宽波束微带偶极子天线排列印制而成，每一组宽波束微带偶极子天线由微带偶极子贴片和两组倒L形的接地贴片组成。

所述的T/R组件是由多通道的射频芯片及其外围电路构成，主要集成了移相器，衰减器，放大器和射频收发的功能。

波束控制模块是用于相控阵波束合成、扫描控制的模块，通过波束控制网络将波束控制模块产生的控制信号传递给各个T/R组件，从而实现各个通道的发射接收、相位移动、衰减放大的功能。

馈电网络是用于射频信号的分配合成，可以是功分网络，差分网络，和差网络，用于和波束、差波束、和差波束等不同波束的形成。

宽波束双极化天线单元通过插槽焊接的方式固定到多层电路基板上。

电源模块的电源管理芯片和波束控制模块的FPGA芯片装在多层电路基板的TOP层上。

T/R组件是由多通道射频芯片及其外围电路构成，T/R组件的多通道射频芯片装在多层电路基板的Bottom层上。

电源管理模块的电源分配网络、波束控制模块的波束控制网络、馈电网络中的微带网络线均通过蚀刻方式蚀刻在多层电路基板的内层中。

两组单极化的微带天线阵列的开槽方向相反，通过上下对插的方式拼接。

每两个相互垂直交叉的宽波束微带偶极子天线之间具有±90度的相位差。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，利用宽波束双极化天线单元，不仅可以实现宽角度的相控阵扫描，又能实现极化可切换的功能，提高了天线的扫描性能和空间利用率；

2、本实用新型一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，利用天线单元的条形对插，天线单元能够相对分离，易于加工，便于安装，容易维修；

3、本实用新型一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，利用天线单元竖插在多层线路板形成的空格空间，将电源芯片和FPGA芯片装在多层线路板的TOP层，从而减少了多层线路板的层数，降低了层压工艺的复杂度，更加易于生产；

4、本实用新型一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，将部分模块芯片安装在天线单元形成的栅格空间内，增大了芯片的散热面积，降低了芯片分布的密度，从而提高了相控阵子阵的散热性能，同时提高了空间利用率，增加了有源子阵的集成度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1是本实用新型的结构原理示意图

图2是本实用新型的天线单元示意图

图3是本实用新型的宽波束微带偶极子天线单元示意图

图4是本实用新型的有源子阵结构示意图

附图中标记及对应的零部件名称：

1-宽波束双极化天线单元，2-T/R组件，3-波束控制模块，4-馈电模块，5-电源模块，11- 微带偶极子贴片，12-接地贴片，13-宽波束微带偶极子天线，15-单极化宽波束微带天线阵列，21-FPGA芯片，22-控制信号线，23-电源管理芯片，24-电源走线，26-多通道射频芯片。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，图1为本实用新型的结构原理示意图，整个有源子阵系统主要由宽波束双极化天线单元1，T/R组件2，波束控制模块3，馈电模块4，电源模块5这5部分组成。其中，整个有源子阵系统中的波束控制模块3和电源模块5均预留了级联的接口，便于子阵间的相互组合，形成更大规模的相控阵系统。

图2为宽波束双极化天线单元1的简化示意图，包含两个相互垂直交叉的单极化宽波束微带天线阵列15；图3为两个垂于垂直交叉连接状态的宽波束偶极子天线示意图。

如图2所示，微带偶极子贴片11和两组倒L形的接地贴片12组成一组宽波束微带偶极子天线13，通过将多组宽波束微带偶极子天线13排列印制在同一块印制板上，从而形成了一个单极化的微带天线阵列15。

其中，两组单极化宽波束微带天线阵列15开槽方向相反，可以对插在一起。通过将两组相互垂直的多个单极化宽波束微带天线阵列相互组合，对插拼接在一起，从而形成了宽角度扫描、极化可切换的宽波束双极化天线单元1。

如图3所示，每个宽波束微带偶极子天线13的馈电点接入T/R组件的射频通道。同时，通过改变每两个相互垂直交叉的宽波束微带偶极子天线13接入的T/R组件移相量，形成±90 度的相位差，从而形成左旋或者右旋圆极化天线，进而实现极化可切换的功能。

图4为高集成化有源子阵的结构示意图。如图4所示，首先通过插槽将宽波束双极化天线单元1和多层线路板6拼接到一起，然后通过焊接的方式将宽波束双极化天线单元1固定到多层线路板6上。

宽波束双极化天线单元1由于竖插在多层线路板6上，这使得多层线路板板6的TOP层上形成了多个矩形的栅格空间，这些空间用于安装波束控制模块中FPGA芯片21及其部分外围电路，同时用于安装电路模块中的电源管理芯片23及其部分外围电路；

电源管理模块的主要电源走线24和波束控制模块的主要控制信号线22蚀刻在多层线路板6的内层；馈电网络4以带状线的方式蚀刻在多层线路板6的内层中；其中，馈电网络4 和电源走线24以及控制信号线22用内地层隔离开来。

T/R组件2的多通道射频芯片26及其外围电路装在多层电路基板6的Bottom层上，并用屏蔽罩将多通道芯片及其外围器件封闭起来，以减少干扰。

本实用新型通过宽波束的微带天线实现相控阵的宽角度扫描，相较于普通的微带天线 90°-100°的波束宽度，通过两组倒L的接地贴片，使得天线在较宽的频率范围内都保持 120°-140°比较宽的波束宽度，这使得天线在进行大角度±60°扫描时，增益下降较少，保持在3dB的范围内。

本实用新型，由于采用了多个正交的微带阵列天线，通过改变T/R组件移相器的移相量，使得两个相互垂直交叉的偶极子微带天线形成±90°的相位差，从而形成左旋或者右旋圆极化天线，进而实现极化可切换的功能。

本实用新型，由于将多个微带偶极子印制到同一块印制板上，减少了整体天线组件数量，易于加工和安装，提高了生产的便利性。

本实用新型，由于采用将天线单元竖插在基板上，并在其形成的栅格空间内安装部分芯片及器件，增大了芯片的散热面积，降低了芯片分布的密度，从而提高了相控阵子阵的散热性能，同时提高了空间利用率，增加了有源子阵的集成度。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，其特征在于，包括宽波束双极化天线单元(1)、T/R组件(2)、波束控制模块(3)、馈电网络(4)和电源模块(5)；所述宽波束双极化天线单元(1)由两组单极化宽波束微带天线阵列(15)相互垂直交叉排列形成栅格结构，每组单极化宽波束微带天线阵列(15)包括多个平行并排设置的单极化宽波束微带天线阵列(15)，单极化宽波束微带天线阵列(15)由多组宽波束微带偶极子天线(13)排列印制而成，每一组宽波束微带偶极子天线(13)由微带偶极子贴片(11)和两组倒L形的接地贴片(12)组成。

2.根据权利要求1所述的一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，其特征在于，宽波束双极化天线单元(1)通过插槽焊接的方式固定到多层电路基板(6)上。

3.根据权利要求2所述的一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，其特征在于，电源模块(5)的电源管理芯片和波束控制模块(3)的FPGA芯片装在多层电路基板(6)的TOP层上。

4.根据权利要求2所述的一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，其特征在于，T/R组件(2)是由多通道射频芯片及其外围电路构成，T/R组件(2)的多通道射频芯片装在多层电路基板(6)的Bottom层上。

5.根据权利要求2所述的一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，其特征在于，电源管理模块的电源分配网络、波束控制模块的波束控制网络、馈电网络中的微带网络线均通过蚀刻方式蚀刻在多层电路基板(6)的内层中。

6.根据权利要求1所述的一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，其特征在于，两组单极化的微带天线阵列的开槽方向相反，通过上下对插的方式拼接。

7.根据权利要求1所述的一种宽角度扫描、极化可切换、高集成的相控阵有源子阵，其特征在于，每两个相互垂直交叉的宽波束微带偶极子天线(13)之间具有±90度的相位差。

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