CN217881888U - 平板天线和相控阵天线阵列 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种平板天线和相控阵天线阵列。该平板天线包括第一平行板波导组件、馈电波导组件以及副反射板；第一平行板波导组件包括第一曲面板、第二曲面板以及主反射板，第一曲面板和第二曲面板通过主反射板连接；副反射板和馈电波导组件的一部分结构设置于由第一曲面板、第二曲面板以及主反射板形成的反射腔中，且，副反射板的反射面与馈电波导组件的波导口正对；馈电波导组件，用于将外部馈入的电磁波信号传导至副反射板；副反射板，用于对接收到的电磁波信号进行反射以形成反射电磁波；主反射板，用于接收反射电磁波并对反射电磁波进行反射形成平面波，平面波的相位相同且幅度满足泰特分布特性。本方案的天线结构简单，易于加工。

Description

平板天线和相控阵天线阵列

技术领域

本申请涉及天线设备领域，特别是涉及一种平板天线和相控阵天线阵列。

背景技术

近年来，相控阵天线阵列已在雷达、卫星、通讯以及基站等领域得到了广泛的应用。其中，宽工作频带是相控阵天线阵列发展的一个重要趋势。

现有技术中，相控阵天线阵列通常会采用喇叭天线。但是在利用喇叭天线实现宽工作频带时，通常会在喇叭天线上配置一个功率分配网络，但是该功率分配网络的加工制造要求高，加工难度大。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低加工难度的平板天线和相控阵天线阵列。

第一方面，本申请提供了一种平板天线。该平板天线包括第一平行板波导组件、馈电波导组件以及副反射板；第一平行板波导组件包括第一曲面板、第二曲面板以及主反射板，第一曲面板和第二曲面板通过主反射板连接；副反射板和馈电波导组件的一部分结构设置于由第一曲面板、第二曲面板以及主反射板形成的反射腔中，且，副反射板的反射面与馈电波导组件的波导口正对；

馈电波导组件，用于将外部馈入的电磁波信号传导至副反射板；

副反射板，用于对接收到的电磁波信号进行反射以形成反射电磁波；

主反射板，用于接收反射电磁波并对反射电磁波进行反射形成平面波，平面波的相位相同且幅度满足泰特分布特性。

在其中一个实施例中，该副反射板的两侧边缘朝向馈电波导组件的方向弯折，副反射板对应的拟合椭圆的第一焦点与馈电波导组件的相位中心重合，副反射板对应的拟合椭圆的第二焦点与主反射板的焦点重合。

在其中一个实施例中，该副反射板包括两个对称分布的半椭圆中空面板。

在其中一个实施例中，该副反射板包括相互连接的第一倾斜板、矩形连接板以及第二倾斜板，第一倾斜板与第二倾斜板对称设置，矩形连接板与馈电波导组件具有相同的对称轴线。

在其中一个实施例中，该馈电波导组件呈长方体状，馈电波导组件中与对称轴线平行的两个侧面中靠近副反射板的一端向外弯折。

在其中一个实施例中，副反射板的宽度与第一平行板波导组件的宽度的比值的取值范围为0.1-0.2。

在其中一个实施例中，该平板天线还包括第二平行板波导组件，第二平行板波导组件包括相互平行的第一矩形板和第二矩形板，第一矩形板与第一曲面板连接；第二矩形板与第二曲面板连接。

在其中一个实施例中，该平板天线还包括用于将平面波辐射至外部空间的辐射组件；辐射组件与第一平行板波导组件连接，辐射组件中靠近第一平行板波导组件一端的宽度小于远离第一平行板波导组件一端的宽度。

在其中一个实施例中，该辐射组件呈喇叭状或者阶梯状。

第二方面，本申请还提供了一种相控阵天线阵列。该相控阵天线阵列包括如上述第一方面任一所述的平板天线。

上述平板天线和相控阵天线阵列中，该平板天线包括第一平行板波导组件、馈电波导组件以及副反射板；第一平行板波导组件包括第一曲面板、第二曲面板以及主反射板，第一曲面板和第二曲面板通过主反射板连接；副反射板和馈电波导组件的一部分结构设置于由第一曲面板、第二曲面板以及主反射板形成的反射腔中，且，副反射板的反射面与馈电波导组件的波导口正对；馈电波导组件，用于将外部馈入的电磁波信号传导至副反射板；副反射板，用于对接收到的电磁波信号进行反射以形成反射电磁波；主反射板，用于接收反射电磁波并对反射电磁波进行反射形成平面波，平面波的相位相同且幅度满足泰特分布特性。该申请实施例中，通过副反射板以及主反射板对外部馈入的电磁波依次进行反射，最终形成满足所需的宽工作频率分布要求的平面波，仅需设置副反射板以及主反射板即可实现宽工作频带的目的，而无需像现有技术中需要配置功率分配网络才能实现宽工作频带，该平板天线的结构简单，电气设计简单，易于加工。

附图说明

图1为一个实施例中提供的平板天线的三维结构示意图；

图2为一个实施例中提供的平板天线的剖面的示意图；

图3为一个实施例中提供的平板天线的主视图的示意图；

图4为一个实施例中提供的平板天线的俯视图的示意图；

图5为一个实施例中提供的平板天线的侧视图的示意图；

图6为一个实施例中提供的平板天线的场分布特性图；

图7为另一个实施例中提供的平板天线的结构示意图；

图8为又一个实施例中提供的平板天线的结构示意图；

图9为又一个实施例中提供的平板天线的结构示意图；

图10为又一个实施例中提供的平板天线的剖面结构示意图；

图11为另一个实施例中提供的平板天线的场分布特性图；

图12为又一个实施例中提供的平板天线的三维结构示意图；

图13为又一个实施例中提供的平板天线的侧视图的示意图；

图14为一个实施例中提供的辐射组件的结构示意图；

图15为另一个实施例中提供的辐射组件的结构示意图；

图16为又一个实施例中提供的平板天线的三维结构示意图；

图17为又一个实施例中提供的平板天线的侧视图的示意图；

图18为一个实施例中提供的平板天线的在工作频带内电压驻波比的实验结果图；

图19为一个实施例中提供的平板天线的E面和H面的波束曲线的实验结果图；

图20为一个实施例中提供的平板天线在工作频带内增益平坦性的实验结果图。

附图标记说明：

10、第一平行板波导组件； 20、馈电波导组件； 30、副反射板；

101、第一曲面板； 102、第二曲面板； 103、主反射板；

201、波导口； 301、第一倾斜板； 302、矩形连接板；

303、第二倾斜板； 40、第二平行板波导组件； 50、辐射组件。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请中，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至少一个该特征。在本申请的描述中，“至少两个”的含义是两个及两个以上，例如，两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

图1为本申请实施例提供的一种平板天线的三维结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种平板天线的剖面的示意图；图3为本申请实施例提供的一种平板天线的主视图的示意图；图4为本申请实施例提供的一种平板天线的俯视图的示意图；图5为本申请实施例提供的一种平板天线的侧视图的示意图。请参考图1至图5，本申请实施例提供的一种平板天线，该平板天线包括第一平行板波导组件10、馈电波导组件20以及副反射板30；第一平行板波导组件10包括第一曲面板101、第二曲面板102以及主反射板103，第一曲面板101和第二曲面板102通过主反射板103连接；副反射板30和馈电波导组件20的一部分结构设置于由第一曲面板101、第二曲面板102以及主反射板103形成的反射腔中，且，副反射板30的反射面与馈电波导组件20的波导口201正对。

可选的，该第一平行板波导组件10为金属结构，或者非金属电镀结构，即在非金属表面镀一个金属。

可选的，该第一曲面板101或第二曲面板102中的弧形边呈抛物线状；第一曲面板101和第二曲面板102平行设置；该第一曲面板101和第二曲面板102的形状相同。

可选的，该主反射板103为弧形结构，该主反射板103中第一弧形边以及第二弧形边对应的曲线为抛物线，该第一弧形边和第二弧形边平行。具体的，第一曲线板101中的弧形边与第一弧形边连接；第二曲线板100中的弧形边与第二弧形边连接。

可选的，该副反射板30可以为直线型、折线型或者曲线型，图2仅示其中一种实现方式。该副反射板30的宽度应大于馈电波导组件20的宽度，且小于第一平行板波导组件10的宽度，该宽度所在方向为与波导口201所在平面平行的方向。

可选的，该副反射板30与第一平行板波导组件10连接，具体的，该副反射板30与第一平行板波导组件10可以为一体成型结构，也可以通过固定件将副反射板30与第一平行板波导组件10连接，其中，该固定件可以为螺栓或螺钉。

可选的，该主反射板103的中间位置处设置有通孔。第一平行板波导组件10的一端通过该通孔穿设于由第一曲面板101、第二曲面板102以及主反射板103形成的反射腔中。

馈电波导组件20，用于将外部馈入的电磁波信号传导至副反射板30。

可选的，该馈电波导组件20与外部连接器连接。该电磁波信号为通过外部连接器馈入的电磁波信号。外部连接器接收外部馈电电路输出的电信号，并将该电信号转换为电磁波信号以传输至馈电波导组件20。该馈电波导组件20的尺寸可根据平板天线的工作频带确定。

副反射板30，用于对接收到的电磁波信号进行反射以形成反射电磁波。

主反射板103，用于接收反射电磁波并对反射电磁波进行反射形成平面波。

其中，该平面波的相位相同且幅度满足泰特分布特性。

图6为本申请实施例提供的一种平板天线的场分布特性图。从图6中可以看出，从馈电波导组件20传导的电磁波经过副反射板30反射后到达主反射板103后再次反射，最终形成相位相同且幅度满足泰特分布特征的平面波。

可选的，该平板天线整体呈轴对称结构。在加工时，可以将该平板天线分成完全相同的两部分分别进行加工，然后在将加工好的两部分连接在一起，该连接方式可以为胶粘连接方式，也可以为螺纹连接方式。

该实施例中，该平板天线包括第一平行板波导组件、馈电波导组件以及副反射板；第一平行板波导组件包括第一曲面板、第二曲面板以及主反射板，第一曲面板和第二曲面板通过主反射板连接；副反射板和馈电波导组件的一部分结构设置于由第一曲面板、第二曲面板以及主反射板形成的反射腔中，且，副反射板的反射面与馈电波导组件的波导口正对；馈电波导组件，用于将外部馈入的电磁波信号传导至副反射板；副反射板，用于对接收到的电磁波信号进行反射以形成反射电磁波；主反射板，用于接收反射电磁波并对反射电磁波进行反射形成平面波，平面波的相位相同且幅度满足泰特分布特性。该申请实施例中，通过副反射板以及主反射板对外部馈入的电磁波依次进行反射，最终形成满足所需的宽工作频率分布要求的平面波，仅需设置副反射板以及主反射板即可实现宽工作频带的目的，而无需像现有技术中需要配置功率分配网络才能实现宽工作频带，该平板天线的结构简单，电气设计简单，易于加工。

进一步地，如图2所示，为提高平板天线的驻波效果以及频带带宽，该副反射板30的两侧边缘朝向馈电波导组件20的方向弯折，副反射板30对应的拟合椭圆的第一焦点与馈电波导组件20的相位中心重合，副反射板30对应的拟合椭圆的第二焦点与主反射板103的焦点重合。

可选的，该拟合椭圆为副反射板30的外接椭圆。

在一种可选的实现方式中，如图2所示，该副反射板30包括两个对称分布的半椭圆中空面板。

图7为本申请实施例提供的一种平板天线的结构示意图。如图7所示，在另一种可选的实现方式中，该副反射板30包括相互连接的第一倾斜板301、矩形连接板302以及第二倾斜板303，第一倾斜板301与第二倾斜板303对称设置，矩形连接板302与馈电波导组件20具有相同的对称轴线。

图8为本申请实施例提供的另一种平板天线的结构示意图。进一步地，如图8所示，为进一步提高平板天线的驻波效果，该馈电波导组件20呈长方体状，馈电波导组件20中与对称轴线平行的两个侧面中靠近副反射板30的一端向外弯折。

在本申请实施例中，基于任一实施例，该副反射板30的宽度与第一平行板波导组件10的宽度的比值的取值范围为0.1-0.2。

其中，该宽度所在方向为与波导口201所在平面平行的方向。

该实施例中，通过将副反射板的宽度与第一平行板波导组件的宽度的比值的取值范围设置为0.1-0.2，提高了电磁波在由第一曲面板、第二曲面板以及主反射板形成的反射腔中的反射效果，降低电磁波损耗。

图9为本申请实施例提供的另一种平板天线的立体结构示意图，图10为本申请实施例提供的另一种平板天线的剖面结构示意图；图11为本申请实施例提供的另一种平板天线的场分布示意图。如图9以及图10所示，该平板天线还包括第二平行板波导组件40，第二平行板波导组件40包括相互平行的第一矩形板和第二矩形板，第一矩形板与第一曲面板101连接；第二矩形板与第二曲面板102连接。

可选的，该第一矩形板和第二矩形板的形状相同。

可选的，该第一矩形板的宽度与第一曲面板101宽度相同，该第二矩形板的宽度与第二曲面板102宽度相同。

可选的，该第二平行板波导组件40整体呈中空柱状的；其结构为金属结构，也可以为非金属电镀结构，即在非金属表面镀一个金属。

从图11中可以看出，该天线结构中相较于未设置第二平行板波导组件的情况，得到的平面波束辐射效果更好。

该实施例中，通过设置第二平行板波导组件，提高了平板天线的天线波束的辐射效果。

图12为本申请实施例提供的另一种平板天线的三维结构示意图。图13为本申请实施例提供的另一种平板天线的侧视图的示意图。如图12以及图13所示，该平板天线还包括用于将平面波辐射至外部空间的辐射组件50；辐射组件50与第一平行板波导组件10连接，辐射组件50中靠近第一平行板波导组件10一端的宽度小于远离第一平行板波导组件10一端的宽度。

可选的，该辐射组件50与第一平行板波导组件10直接连接在一起；或者，该辐射组件50也可以通过第二平行板波导组件40与第一平行板波导组件10连接。

该实施例中，辐射组件与第一平行板波导组件连接，且辐射组件中靠近第一平行板波导组件一端的宽度小于远离第一平行板波导组件一端的宽度，通过设置辐射组件，实现了平板天线与空气中阻抗的匹配。

图14为本申请实施例提供的辐射组件的结构示意图；图15为本申请实施例提供的另一种辐射组件的结构示意图；图16为另一种平板天线的三维结构示意图；图17为本申请实施例提供的另一种平板天线的侧视图的示意图。

进一步的，如图14以及如图15所示，该辐射组件50呈喇叭状或者阶梯状。

可选的，在辐射组件50呈喇叭状时，其对应的平板天线的结构可参见图15以及图16。

可选的，在辐射组件50呈阶梯状时，该辐射组件50包括的台阶数量可根据实际需求设置，不作限制。例如，可将台阶数量设置为3阶。其对应的平板天线的结构可参见图12以及图13。

该实施例中，通过将辐射组件设置喇叭状或者阶梯状，提高了平板天线与空气中阻抗的匹配效果。

图18-图20为本申请实施例涉及的平板天线的实验结果图。其中，图18为本申请涉及的平板天线的在工作频带内电压驻波比的实验结果图；图19为本申请涉及的平板天线的E面和H面的波束曲线的实验结果图；图20为本申请涉及的平板天线在工作频带内增益平坦性的实验结果图。从图18-图20中可以看出，该平板天线工作频带宽，天线辐射效果好。

在一个实施例中，本申请实施例提供了一种相控阵天线阵列，该相控阵天线阵列包括多个如上述任一实施例的平板天线。

可选的，该相控天线阵列可通过T/R组件输入相控信号来相控多个平板天线进行波束扫面。该平板天线的数量可根据实时扫面范围确定。

该实实施例中，利用多个平板天线构成相控阵天线阵列，该相控阵天线阵列的天线效率高，工作频带宽，电气设计简单，能够实现超宽带工作。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种平板天线，其特征在于，所述平板天线包括第一平行板波导组件、馈电波导组件以及副反射板；所述第一平行板波导组件包括第一曲面板、第二曲面板以及主反射板，所述第一曲面板和所述第二曲面板通过所述主反射板连接；所述副反射板和所述馈电波导组件的一部分结构设置于由所述第一曲面板、所述第二曲面板以及所述主反射板形成的反射腔中，且，所述副反射板的反射面与所述馈电波导组件的波导口正对；

所述馈电波导组件，用于将外部馈入的电磁波信号传导至所述副反射板；

所述副反射板，用于对接收到的电磁波信号进行反射以形成反射电磁波；

所述主反射板，用于接收所述反射电磁波并对所述反射电磁波进行反射形成平面波，所述平面波的相位相同且幅度满足泰特分布特性。

2.根据权利要求1所述的平板天线，其特征在于，所述副反射板的两侧边缘朝向所述馈电波导组件的方向弯折，所述副反射板对应的拟合椭圆的第一焦点与所述馈电波导组件的相位中心重合，所述副反射板对应的拟合椭圆的第二焦点与所述主反射板的焦点重合。

3.根据权利要求2所述的平板天线，其特征在于，所述副反射板包括两个对称分布的半椭圆中空面板。

4.根据权利要求2所述的平板天线，其特征在于，所述副反射板包括相互连接的第一倾斜板、矩形连接板以及第二倾斜板，所述第一倾斜板与所述第二倾斜板对称设置，所述矩形连接板与所述馈电波导组件具有相同的对称轴线。

5.根据权利要求4所述的平板天线，其特征在于，所述馈电波导组件呈长方体状，所述馈电波导组件中与所述对称轴线平行的两个侧面中靠近所述副反射板的一端向外弯折。

6.根据权利要求1至5任一项所述的平板天线，其特征在于，所述副反射板的宽度与所述第一平行板波导组件的宽度的比值的取值范围为0.1-0.2。

7.根据权利要求1至5任一项所述的平板天线，其特征在于，所述平板天线还包括第二平行板波导组件，所述第二平行板波导组件包括相互平行的第一矩形板和第二矩形板，所述第一矩形板与所述第一曲面板连接；所述第二矩形板与所述第二曲面板连接。

8.根据权利要求1所述的平板天线，其特征在于，所述平板天线还包括用于将所述平面波辐射至外部空间的辐射组件；所述辐射组件与所述第一平行板波导组件连接，所述辐射组件中靠近所述第一平行板波导组件一端的宽度小于远离所述第一平行板波导组件一端的宽度。

9.根据权利要求8所述的平板天线，其特征在于，所述辐射组件呈喇叭状或者阶梯状。

10.一种相控阵天线阵列，其特征在于，所述相控阵天线阵列包括多个如权利要求1至9中任一项所述的平板天线。

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