CN220652350U - 一种sp双频低剖面共孔径阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种SP双频低剖面共孔径阵列天线，由若干阵列单元拼接组成；每个阵列单元包括多个S频段单元、P频段单元、介质支撑层和金属地板；S频段单元采用振子形式天线，P频段单元采用微带贴片天线，二者互为正交的线极化形式。相比较于强耦合阵列，本实用新型降低了低频段的有源通道数量，且两个频段的阵面效率与单频段情况相当，可应用于相隔较远频段的双频共孔径相控阵天线设计；而且两个频段的单元均以金属地板作为共地端，解决了双层贴片独立馈电的不共地问题；此外两个频段单元共用一层介质板的整体设计，使得整个阵列结构浑然一体，结构紧凑，制作简单，适用于批量加工，降低成本，比较适合大型相控阵天线的使用。
Description
技术领域
本发明属于微波相控阵天线领域，具体为一种SP双频低剖面共孔径阵列天线。
背景技术
随着空间飞行器数量的快速增加，地面采用相控阵天线的接收系统越来越广泛。近年来，应用于实际工程的单频段相控阵比较常见，但频带间隔较远的双频段相控阵天线则比较少。
目前实际用于工程的宽频带相控阵有以下两种形式：
(1)基于弱耦合的窄带相控阵技术：这种技术基于共用单元的弱耦合阵列，一般可覆盖30％多的带宽，但这种阵列不能实现多个倍频比的情况；
(2)基于强耦合的宽带相控阵技术：这种技术基于共用单元的强耦合阵列，一般可覆盖4-6倍频比的带宽，但紧耦合阵列对于低频段而言会增加通道数量，使整个天线制造成本变高。
发明内容
为了实现阵列天线在S、P两个频段上的性能要求，解决目前基于强耦合宽带相控阵技术所存在的需要较多低频段有源通道数量，导致天线制造成本较高的问题，本实用新型提出一种SP双频低剖面共孔径阵列天线，采用分单元的思想实现S和P两个频段在同一孔径的辐射，能实现两个频段的全阵面覆盖，而且不增加低频段的通道数量。
本实用新型的技术方案为：
一种SP双频低剖面共孔径阵列天线，由若干阵列单元拼接组成；所述阵列单元包括多个S频段单元、P频段单元、介质支撑层和金属地板；
所述S频段单元采用振子形式天线，所述P频段单元采用微带贴片天线；所述S频段单元与所述P频段单元互为正交的线极化形式；
所述S频段单元分为处于P频段单元外的S频段独立单元和处于P频段单元内的S频段混合单元；
所述P频段单元包括P频段辐射片、P频段耦合柱、P频段馈电柱、P频段馈电层；
所述P频段辐射片上有呈矩阵分布的第一开孔，所述第一开孔个数与所述混合单元个数相同；所述P频段辐射片朝向介质支撑层的一面设有与P频段耦合柱位置对应的耦合槽；
所述P频段辐射片安装在所述介质支撑层上；
所述P频段馈电层安装在所述金属地板上；所述P频段馈电层由介质层和布置带介质层上的微带线路组成；
所述P频段馈电柱布置在所述P频段馈电层与所述P频段辐射片之间，所述P频段馈电柱一端穿过所述介质支撑层后与所述P频段辐射片连接，另一端与所述微带线路末端连接；
所述P频段耦合柱底部穿过所述P频段馈电层后与金属地板连接，且所述P频段耦合柱不与所述微带线路相连；所述P频段耦合柱顶部为盘状结构，P频段耦合柱穿过所述介质支撑层后，顶部盘状结构深入P频段辐射片的耦合槽中，与P频段辐射片形成耦合结构；
所述S频段混合单元对应布置在所述P频段辐射片的第一开孔上，并以所述P频段辐射片作为反射板；所述S频段混合单元的馈电缆穿过所述第一开孔、所述介质支撑层后直接连接所述金属地板，或再穿过所述介质层后连接所述金属地板；
所述S频段独立单元布置在所述介质支撑层上，并在朝向所述介质支撑层的面上布置有反射片；所述S频段独立单元的馈电缆穿过所述介质支撑层后直接连接所述金属地板，或再穿过所述介质层后连接所述金属地板；
所述S频段混合单元与所述S频段独立单元共同组成S频段单元阵列；
在金属地板的下表面设有同轴连接器，连接器与馈电线一一对应，完成对天线单元的馈电。
进一步的，所述S频段单元采用领结形对称振子天线，所述P频段单元采用多模谐振微带贴片天线。
进一步的，所述呈矩阵分布的第一开孔中，处于所述P频段辐射片中部的第一开孔小于处于所述P频段辐射片两侧的第一开孔。
进一步的，所述P频段单元通过所述P频段馈电层完成向所述P频段辐射片的馈电，且P频段馈电层采用具有差分馈电功能的网络。
进一步的，所述S频段单元通过悬空巴伦的形式实现平衡馈电，S频段巴伦与P频段辐射片或自身反射片不连接。
进一步的，四个P频段耦合柱呈正方形分布，布置在正方形四角位置。
有益效果
本实用新型提出的SP双频低剖面共孔径阵列天线，采用了P频段多模谐振微带贴片天线和S频段领结形对称振子天线相结合的形式，实现了两个频段的低剖面、共孔径阵列天线的设计。
相比较于强耦合阵列，本实用新型降低了低频段的有源通道数量，且两个频段的阵面效率与单频段情况相当，可应用于相隔较远频段的双频共孔径相控阵天线设计。
此外，一般双层微带天线是利用底层的辐射片作为上层的反射底板，存在两个频段天线不共地的情况发生，本实用新型利用多模谐振贴片天线和领结形对称振子天线两种形式，两个频段的单元均以金属地板作为共地端，解决了双层贴片独立馈电的不共地问题。
本实用新型中通过两个频段单元共用一层介质板的整体设计，使得整个阵列结构浑然一体，结构紧凑，制作简单，适用于批量加工，降低成本，比较适合大型相控阵天线的使用。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：本实用新型的三维结构示意图；
图2：本实用新型的俯视示意图；
图3：本实用新型的侧视示意图；
图4：本实用新型的S频段单元结构示意图；
图5：本实用新型的P频段馈电层+P频段馈电柱+P频段耦合柱结构示意图；
图6：本实用新型的P频段耦合柱耦合结构示意图；
其中：
1、S阵元辐射部分；2、P频段辐射片；3、介质支撑层；4、S频段馈电缆；5、P频段馈电层；6、金属地板；7、P频段馈电柱；8、P频段耦合柱；
61、S频段桥接片；62、S频段反射片；63、S频段巴伦；64、S频段辐射片；65、S频段馈电缆；
51、P频段耦合柱；52、P频段馈电柱；53、微带线路；54、介质板；
21、S阵元辐射部分；22、P耦合结构间隙；23、P频段耦合柱；24、P频段馈电柱；25、P频段馈电层；26、介质支撑层；27、P频段辐射片。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
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。因此，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该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本实施例中提供了一种SP双频低剖面共孔径阵列天线，该阵列天线由若干阵列单元拼接组成；每个阵列单元如图1、图2和图3所示，包括多个S频段单元、P频段单元、介质支撑层和金属地板。
所述S频段单元分为处于P频段单元外的S频段独立单元和处于P频段单元内的S频段混合单元。本实施例中，在P频段单元内共按照矩阵形式布置有3*6＝18个S频段混合单元。处于P频段单元外的S频段独立单元布置在P频段单元周围，数量可依据具体设计情况调整排列，本实施例中，在P频段单元两侧各布置有6个S频段混合单元。
如图5和图6所示，所述P频段单元采用多模谐振微带贴片天线，包括P频段辐射片、P频段耦合柱、P频段馈电柱、P频段馈电层；
所述P频段辐射片安装在所述介质支撑层上；所述P频段辐射片上有呈矩阵分布的第一开孔，所述第一开孔个数与所述混合单元个数相同；本实施例中，P频段辐射片上有3*6＝18个第一开孔，用以S频段混合单元的馈电缆的穿过。进一步的，为了优化两个频段的性能，所述呈矩阵分布的第一开孔中，处于所述P频段辐射片中部的第一开孔的开孔尺寸小于处于所述P频段辐射片两侧的第一开孔的开孔尺寸。
此外，所述P频段辐射片朝向介质支撑层的一面设有与P频段耦合柱位置对应的耦合槽。
所述P频段单元通过所述P频段馈电层完成向所述P频段辐射片的馈电。所述P频段馈电层为典型的差分微带线结构；所述P频段馈电层安装在所述金属地板上；所述P频段馈电层由介质层和布置带介质层上的微带线路组成；所述P频段馈电柱布置在所述P频段馈电层与所述P频段辐射片之间，两根所述P频段馈电柱顶部穿过所述介质支撑层后与所述P频段辐射片连接，底部与所述微带线路末端连接。
四个P频段耦合柱呈正方形分布，布置在正方形四角位置。其中所述P频段耦合柱底部穿过所述P频段馈电层后与金属地板连接，且所述P频段耦合柱不与所述微带线路相连；所述P频段耦合柱顶部为盘状结构，P频段耦合柱穿过所述介质支撑层后，顶部盘状结构深入P频段辐射片的耦合槽中，与P频段辐射片之间有缝隙，形成耦合结构。
如图4所示，所述S频段单元采用典型的领结形对称振子天线，包括辐射片、顶部桥接片、反射片、巴伦以及馈电缆等结构。所述S频段混合单元与所述S频段独立单元共同组成S频段单元阵列。
其中所述S频段混合单元对应布置在所述P频段辐射片的第一开孔上，并以所述P频段辐射片作为反射板；所述S频段混合单元的馈电缆穿过所述第一开孔、所述介质支撑层后直接连接所述金属地板，或再穿过所述介质层后连接所述金属地板，不与P频段辐射片接触，并在金属地板上与P频段单元共地连接。
所述S频段独立单元布置在所述介质支撑层上，并在朝向所述介质支撑层的面上布置有反射片；所述S频段独立单元的馈电缆穿过所述介质支撑层后直接连接所述金属地板，或再穿过所述介质层后连接所述金属地板，不与P频段辐射片接触，并在金属地板上与P频段单元共地连接。
所述S频段单元通过悬空巴伦的形式实现平衡馈电，S频段巴伦与P频段辐射片或自身反射片不连接。
在金属地板的下表面设有同轴连接器，连接器与馈电线一一对应，完成对天线单元的馈电。
所述S频段单元与所述P频段单元互为正交的线极化形式，两个频段独立馈电，孔径共用。
本实用新型的工作原理如下：
S频段单元为典型的振子形式天线，当S频段信号发射时，电磁波信号通过同轴连接器注入馈电线，并向上传递至辐射面，辐射面将电磁波辐射至空间，最终在远场形成方向图，天线的发射与接收为互易过程。
P频段单元为多模谐振形式的微带贴片天线，当P频段信号发射时，电磁波通过馈口进入P频段馈电层，在馈电层能量分为两路，两路相位相差180°，两路信号同时馈入P频段辐射片，再通过辐射片将电磁波辐射出去，天线的发射与接收为互易过程。
本实用新型通过多模谐振贴片形式的低频(P)单元和振子形式的高频(S)单元混合排列。高频单元位于低频单元的辐射片上，通过悬空巴伦实现阻抗匹配，但未与低频辐射片连接，避免了两个频段不能共地的问题，实现了双频段阵列天线低剖面和共孔径的两大关键目标。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种SP双频低剖面共孔径阵列天线，由若干阵列单元拼接组成；其特征在于：所述阵列单元包括多个S频段单元、P频段单元、介质支撑层和金属地板；
所述S频段单元采用振子形式天线，所述P频段单元采用微带贴片天线；所述S频段单元与所述P频段单元互为正交的线极化形式；
所述S频段单元分为处于P频段单元外的S频段独立单元和处于P频段单元内的S频段混合单元；
所述P频段单元包括P频段辐射片、P频段耦合柱、P频段馈电柱、P频段馈电层；
所述P频段辐射片上有呈矩阵分布的第一开孔，所述第一开孔个数与所述混合单元个数相同；所述P频段辐射片朝向介质支撑层的一面设有与P频段耦合柱位置对应的耦合槽；
所述P频段辐射片安装在所述介质支撑层上；
所述P频段馈电层安装在所述金属地板上；所述P频段馈电层由介质层和布置带介质层上的微带线路组成；
所述P频段馈电柱布置在所述P频段馈电层与所述P频段辐射片之间，所述P频段馈电柱一端穿过所述介质支撑层后与所述P频段辐射片连接，另一端与所述微带线路末端连接；
所述P频段耦合柱底部穿过所述P频段馈电层后与金属地板连接，且所述P频段耦合柱不与所述微带线路相连；所述P频段耦合柱顶部为盘状结构，P频段耦合柱穿过所述介质支撑层后，顶部盘状结构深入P频段辐射片的耦合槽中，与P频段辐射片形成耦合结构；
所述S频段混合单元对应布置在所述P频段辐射片的第一开孔上，并以所述P频段辐射片作为反射板；所述S频段混合单元的馈电缆穿过所述第一开孔、所述介质支撑层后直接连接所述金属地板，或再穿过所述介质层后连接所述金属地板；
所述S频段独立单元布置在所述介质支撑层上，并在朝向所述介质支撑层的面上布置有反射片；所述S频段独立单元的馈电缆穿过所述介质支撑层后直接连接所述金属地板，或再穿过所述介质层后连接所述金属地板；
所述S频段混合单元与所述S频段独立单元共同组成S频段单元阵列；
在金属地板的下表面设有同轴连接器，连接器与馈电线一一对应，完成对天线单元的馈电。
2.根据权利要求1所述一种SP双频低剖面共孔径阵列天线，其特征在于：所述S频段单元采用领结形对称振子天线，所述P频段单元采用多模谐振微带贴片天线。
3.根据权利要求1所述一种SP双频低剖面共孔径阵列天线，其特征在于：所述呈矩阵分布的第一开孔中，处于所述P频段辐射片中部的第一开孔小于处于所述P频段辐射片两侧的第一开孔。
4.根据权利要求1所述一种SP双频低剖面共孔径阵列天线，其特征在于：所述P频段单元通过所述P频段馈电层完成向所述P频段辐射片的馈电，且P频段馈电层采用具有差分馈电功能的网络。
5.根据权利要求1所述一种SP双频低剖面共孔径阵列天线，其特征在于：所述S频段单元通过悬空巴伦的形式实现平衡馈电，S频段巴伦与P频段辐射片或自身反射片不连接。
6.根据权利要求1所述一种SP双频低剖面共孔径阵列天线，其特征在于：四个P频段耦合柱呈正方形分布，布置在正方形四角位置。
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