CN214280200U - 一种阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种阵列天线，属于天线技术领域。该天线包括圆极化辐射单元、微波介质板、金属地、馈电波导和金属支撑板，主要采用PCB加工工艺，层叠压接方式，本实用新型具有结构紧凑、轮廓低的优点；其能够满足小型雷达探测需要，且具有低驻波、低副瓣和小型化的电气性能。

Description

一种阵列天线

技术领域

本实用新型涉及到天线技术领域，特别涉及一种阵列天线。

背景技术

目前，在民有雷达系统工作频率越来越高，对射频终端的尺寸、功能提出了较高的要求，这就需要作为辐射前端的电磁波感应装置天线具备小型化、宽频带、多极化、低副瓣等特性。随着相控阵天线技术的快速发展，其独有的技术优势使其越来越受到广大工程技术人员的重视，天线辐射单元作为相控阵天线的关键技术部件之一，其性能的优良程度直接影响雷达探测，宽带通信的质量。

现阶段圆极化微带天线主要有以下几种形式：

1、对角线切角圆极化微带天线：该形式天线结构简单，轮廓低，但天线轴比、驻波带宽小于2％。

2、集成电桥的圆极化微带天线形式，该形式的微带天线轴比、驻波带宽较宽通常其小于3dB轴比带宽大于15％，小于2的驻波带宽大于20％，但外接圆极化电桥占用空间较大、馈线冗长、差损较大，不利于天线、网络一体化设计。

3、缝隙耦合圆极化微带天线，该形式的圆极化微带天线与传统的圆极化微带天线比较，具有阻抗、轴比带宽宽的特点，但由于缝隙结构的不对称性，往往需要加载隔离电阻实现较宽的轴比带宽，这样产生了两个问题：一方面，隔离电阻需要人工焊接，当阵列规模较大时，需要巨大的工作量，又很难保证单元焊接的一致性；另一方面，隔离电阻会产生一定的差损，导致辐射增益不同程度的下降。

以上几种圆极化微带天线各有优缺点，虽个别指标特性较优，它们的共性缺陷是无法满足小型化宽频段工作的技术要求，尤其是作为宽带、多频工作的相控阵天线单元。本专利针对可实现一维波束为宽波束、另一维为窄波束低副瓣的圆极化一维线阵天线提出的创新设计，其适用于小型化雷达系统。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种阵列天线，其具有小型化、带宽宽、馈电网络紧凑、可实现圆极化辐射特点。

为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

一种阵列天线，包括长方形的微波介质板和作为波导馈线的矩形波导；

所述辐射层的主体为长方形的微波介质板，在微波介质板的上表面设有微带馈线和圆极化辐射单元，微带馈线穿过微波介质板的中心并平行于微波介质板的长边；所述圆极化辐射单元包括关于微波介质板中心180°旋转对称的一对振子，两振子分别位于微带馈线的两侧；振子由直线阵列的振子单元组成，直线阵列的延伸方向平行于微波介质板的长边；所述振子单元包括耦合带线和与其连接的开口圆环，耦合带线平行于微带馈线；所述开口圆环的开口为90°，耦合带线与开口圆环的端点相接且耦合带线与开口圆环相切，耦合带线与开口圆环的开口位于切点处法线的异侧；

在微带馈线的中心位置设有馈电耦合窗，馈电耦合窗为椭圆敷铜结构，椭圆敷铜结构的短轴与微带馈线平行；所述馈电耦合窗内还设有矩形缝隙，矩形缝隙的延伸方向与微带馈线的延伸方向垂直，且二者中心点重合；

所述微波介质板的下表面设有金属地，在金属地上开设有耦合缝隙，矩形波导的上端具有盖板，盖板上设有长方形的波导激励缝隙；矩形缝隙、耦合缝隙、波导激励缝隙和矩形波导四者截面长边平行，且四者的几何中心位于同一竖直线上。

进一步的，同一直线阵列的相邻的振子单元之间的间距相等。

进一步的，所述振子单元的总数小于17个。

本实用新型采取上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本实用新型低轮廓微带天线装置具有结构紧凑，简单，电尺寸小的特点；

2、本实用新型低轮廓微带天线装置具有圆极化辐射功能，可满足宽波束覆盖，低副瓣接收的雷达探测需要。

附图说明

图1是本实用新型实施例的正面结构示意图。

图2是本实用新型实施例的背面结构示意图。

图3是图1中散热腔空气流向的示意图。

图中：1、振子单元，2、微带馈线，3、微波介质板，4、金属地，5、矩形波导，6、金属支撑板，7、馈电耦合窗，8、耦合带线，9、开口圆环，10、矩形缝隙，11、耦合缝隙，12、波导激励缝隙。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

一种阵列天线，其包括圆极化辐射单元、微带馈线2、微波介质板3、金属地4、矩形波导5，金属支撑板6组成；

其中圆极化辐射单元1作为阵列的基本单元分布微波介质板3的上表面，16个辐射单元沿着线阵方向等间距摆放；

进一步地，圆极化辐射单元1为一对旋转180°对称的振子；

进一步地，振子单元由耦合带线8和开口圆环9组成；

进一步地，耦合带线8的延伸方向与微带馈线2平行；

进一步地，开口圆环9为半径R₁，开口的夹角为θ；

微带馈线2贯穿于圆极化辐射单元1的中心位置，其延伸方向几何中心线与微波介质板3的几何中心平线共线，圆极化辐射单元关于其呈旋转180°对称；

在微带馈线2的中心位置设置有馈电耦合窗9，其呈椭圆敷铜结构，长轴为a，短轴为b，其椭圆内部开有矩形缝隙10，矩形缝隙10的延伸方向与微带馈线2的延伸方向垂直，二者几何中心点重合。

微波介质板2的下表面设置有金属地4，其由金属敷铜组成。

进一步地，在金属地4的表面开有耦合缝隙11，其几何中心与矩形缝隙10的几何中心点在金属地4表面的投影重合。

耦合缝隙11的正下方设置有波导激励缝隙12，其呈长方体结构，与耦合缝隙接触截面为长方形；

在波导激励缝隙12的正下方为标准矩形波导，对应工作频段的标准波导接口；

下面为一个更具体的实施例：

如图1～3所示，一种阵列天线，其长方体结构，由上之下，其包括圆极化辐射单元、微带馈线2、微波介质板3、金属地4、矩形波导5，金属支撑铝板6组成；

微波介质板3的上表面金属敷铜，借助PCB工艺用于实现天线辐射的图形；

其中圆极化辐射单元为一对关于微带馈线旋转180°对称的一对振子组成，振子单元1由耦合带线8和开口圆环9组成；

进一步地，耦合带线8与微带馈线2延伸方向平行，二者间隙为G＝0.015λ₀(λ₀天线工作中心频率对应的波长),微带馈线长度为L₁＝0.05λ_0，W₁＝0.021λ₀；

进一步地，开口圆环9以微带馈线8的一端为起点，旋转半径为R₁＝0.2λ₀，旋转角度θ＝270°，旋转方向逆时针方向，(其旋转方向决定涡旋电场旋转方向)；

进一步地，圆极化辐射单元等间距的排列的微带馈线2的两侧，阵元数量为8；

微带馈线2贯穿于圆极化辐射单元排布阵列的几何中线上，馈线特性阻抗为110欧；

进一步地，在微带馈线2的中心位置设置有馈电耦合窗9，其呈椭圆敷铜结构，长轴为a＝0.015λ₀，短轴为b＝0.01λ₀；

进一步地，短轴延伸方向与微带馈线2的延伸方向一致；

其椭圆内部设置有矩形缝隙10，矩形缝隙10的延伸方向与微带馈线2的延伸方向垂直，二者几何中心点重合。

进一步地，矩形缝隙10的长边L₂＝0.011λ₀,W₂＝0.002λ₀；

微波介质板2的下表面设置有金属地4，其由金属敷铜组成。

进一步地，在金属地4的表面开有耦合缝隙11，其几何中心与矩形缝隙10的几何中心点在金属地4表面的投影重合,L₃＝0.011λ₀,W₃＝0.002λ₀。

耦合缝隙11的正下方设置有波导激励缝隙12，其呈长方体结构，与耦合缝隙接触截面为长方形；其长为L₄＝0.011λ₀,W₄＝0.0045λ₀

在激励缝隙12的正下方为标准矩形波导，对应工作频段的标准波导接口，用于输入、输出微波信号。

本阵列天线天线主要采用PCB加工工艺，层叠压接方式，天线整体结构紧凑、轮廓低满足小型雷达探测需要、其具有驻波低，低副瓣，小型化的电气性能。

该阵列天线工作原理如下：当发射信号进入到波导激励缝隙12时，信号进入波导激励缝隙12，激励缝隙上的电场经过耦合缝隙11在矩形缝隙10上激励其强电流，强电流通过馈电耦合窗9分别向微带馈线2的两侧输送电流，电流分别结果各个圆极化辐射单元；电流通过微带馈线8为微带馈线2之间的缝隙耦合到电磁能量，在开口圆环9上形成涡旋电流，与其对应的振子振子的开口圆环9上同时产生涡旋电流，二者能量叠加产生圆极化辐射电场，微带馈线2将所有8个圆极化辐射单元的能量进行同相位叠加，信号行波传输能量逐渐衰减，实现圆极化辐射单元的幅度加权，降低阵列天线辐射方向图的副瓣。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种阵列天线，其特征在于，包括长方形的微波介质板和作为波导馈线的矩形波导；

辐射层的主体为长方形的微波介质板，在微波介质板的上表面设有微带馈线和圆极化辐射单元，微带馈线穿过微波介质板的中心并平行于微波介质板的长边；所述圆极化辐射单元包括关于微波介质板中心180°旋转对称的一对振子，两振子分别位于微带馈线的两侧；振子由直线阵列的振子单元组成，直线阵列的延伸方向平行于微波介质板的长边；所述振子单元包括耦合带线和与其连接的开口圆环，耦合带线平行于微带馈线；所述开口圆环的开口为90°，耦合带线与开口圆环的端点相接且耦合带线与开口圆环相切，耦合带线与开口圆环的开口位于切点处法线的异侧；

在微带馈线的中心位置设有馈电耦合窗，馈电耦合窗为椭圆敷铜结构，椭圆敷铜结构的短轴与微带馈线平行；所述馈电耦合窗内还设有矩形缝隙，矩形缝隙的延伸方向与微带馈线的延伸方向垂直，且二者中心点重合；

所述微波介质板的下表面设有金属地，在金属地上开设有耦合缝隙，矩形波导的上端具有盖板，盖板上设有长方形的波导激励缝隙；矩形缝隙、耦合缝隙、波导激励缝隙和矩形波导四者截面长边平行，且四者的几何中心位于同一竖直线上。

2.根据权利要求1所述的一种阵列天线，其特征在于，同一直线阵列的相邻的振子单元之间的间距相等。

3.根据权利要求1所述的一种阵列天线，其特征在于，所述振子单元的总数小于17个。

Images