專利名稱：有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種掃描天線陣列，特別是一種有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天 線陣列。
背景技術(shù)：
電掃描天線克服了傳統(tǒng)機(jī)械掃描中掃描速度慢的缺點(diǎn)，目前已在雷達(dá)、通信等方 面有著廣泛的應(yīng)用。而頻率掃描天線作為電掃描天線的一種，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，實(shí) 現(xiàn)成本低而受到關(guān)注。在已使用的頻率掃描陣列中，用得比較多的是矩形波導(dǎo)窄邊裂縫行 波陣天線。但是它們的體積大、重量重限制了它們的應(yīng)用范圍。七十年代末開(kāi)始陸續(xù)有人 提出了具有波束掃描能力的頻率掃描微帶天線陣列，其中主要分為兩大類，一類是利用漏 波模式進(jìn)行掃描；另一類是利用慢波線來(lái)進(jìn)行掃描。前者利用漏波模式進(jìn)行掃描，效率高， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是最大的掃描角度受到限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)寬角度掃描。而在慢波線頻率掃描陣列 設(shè)計(jì)中，帶寬，掃描角和損耗三者是一個(gè)互相制約的關(guān)系。帶寬越窄，要實(shí)現(xiàn)寬角度的掃描， 則所使用的慢波線就要長(zhǎng)，而相應(yīng)的損耗就會(huì)增加。而傳統(tǒng)的微帶慢波線由于存在著介質(zhì) 損耗、金屬損耗和輻射損耗，所以消耗在微帶慢波線上的能量是巨大的。而如果不采用微帶 慢波線則有著結(jié)構(gòu)復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)，例如波導(dǎo)慢波線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能在有限的帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬角度掃描并且低損耗低成 本的頻率掃描微帶天線陣列。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線 陣列，包括微帶貼片單元、吸收負(fù)載、慢波結(jié)構(gòu)，該頻率掃描天線陣列分為若干子陣，在子陣 上設(shè)置饋電的同軸線，該同軸線的一端接慢波結(jié)構(gòu)，另一端接功分器。慢波結(jié)構(gòu)包括混合使 用的一分三的功分器和耦合線型功分器。本發(fā)明的工作原理為慢波線結(jié)構(gòu)提供給各微帶單元所需要的幅度和相位。上述 的慢波結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用微帶線和同軸線混用的結(jié)構(gòu)。既保持了微帶線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剖面低的 優(yōu)點(diǎn)，又由于同軸線的混用而使得整個(gè)慢波結(jié)構(gòu)的損耗大大的減小。具體實(shí)現(xiàn)的方法是將 頻掃微帶天線陣列分為幾個(gè)子陣，每個(gè)子陣分別用同軸線饋電，同時(shí)每個(gè)陣列所對(duì)應(yīng)的同 軸線的長(zhǎng)度不同，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)微帶陣列相位的連續(xù)。由于同軸線的損耗要比微帶線的損 耗小得多，所以這樣整個(gè)陣列的損耗可以減小。又由于同軸線中傳輸?shù)氖荰EM波，而微帶線 中傳輸?shù)氖菧?zhǔn)TEM波，所以這樣也能較好的保證在各個(gè)頻點(diǎn)上相位的連續(xù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為1)采用微帶天線，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕 的優(yōu)點(diǎn)；2)采用同軸線與微帶線混用的慢波結(jié)構(gòu)，能在有限帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬角度的掃描同時(shí) 損耗比傳統(tǒng)的頻率掃描微帶天線損耗低30%以上；3)三路功分器和耦合線型功分器混用， 具有方便實(shí)現(xiàn)天線陣列幅度分布的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本 發(fā)明的有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列的原理圖。圖2為本發(fā)明的有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列中慢波結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列中三路功分器的結(jié) 構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明的有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列中耦合線型功分器 結(jié)構(gòu)圖。圖5為本發(fā)明的有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列中微帶貼片俯視圖。圖6為本發(fā)明的有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列中微帶貼片側(cè)視圖。圖7為本發(fā)明的有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列中2X32天線陣列的 仿真方向圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列，包括微帶貼 片單元1、吸收負(fù)載2、慢波結(jié)構(gòu)3，該頻率掃描天線陣列分為若干子陣6，在子陣上設(shè)置饋電 的同軸線4，該同軸線的一端接慢波結(jié)構(gòu)3，另一端接功分器5。結(jié)合圖2，本發(fā)明的頻率掃描天線陣列的慢波結(jié)構(gòu)3包括混合使用的一分三的功 分器8和耦合線型功分器9，三路的功分器用來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)能量的耦合，而耦合線型功分器則是 用來(lái)實(shí)現(xiàn)弱能量的耦合，兩者的混合使用可以方便實(shí)現(xiàn)天線陣列上的幅度分布要求。結(jié)合圖3，三路功分器有一個(gè)輸入口 10和三個(gè)輸出口 11、12、13，三路功分器輸入 口 10起接收能量功能，三路功分器第一輸出口 11連接下一級(jí)功分器的輸入口或吸收負(fù)載 7，三路功分器第二輸出口 12、三路功分器第三輸出口 13為微帶貼片單元提供能量。結(jié)合圖4，耦合線型功分器有一個(gè)輸入口 14和三個(gè)輸出口 15、16、17，耦合線型功 分器輸入口 14接收能量功能，耦合線型功分器第一輸出口 15連接下一級(jí)功分器的輸入口 或吸收負(fù)載7，耦合線型功分器第二輸出口 16和耦合線型功分器第三輸出口 17為微帶貼片 單元提供能量。結(jié)合圖5-6，本發(fā)明的微帶貼片單元1采用口徑耦合微帶天線單元，該單元包括微 帶貼片18、地板上的縫隙19，微帶饋線20，介質(zhì)板21，空氣層22，口徑耦合微帶天線單元具 有帶寬寬，同時(shí)可以隔離饋電網(wǎng)絡(luò)的寄生輻射等優(yōu)點(diǎn)。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。實(shí)施例1 所用的頻率范圍為8. 5-10. 5GHz，掃描角度為士45°，所用的介質(zhì)板的介電常數(shù) 為2. 2，厚度為1_，損耗角為0. 0009。所述的天線陣列結(jié)構(gòu)是由128個(gè)微帶天線單元組成的，陣列為32X2的排列。每 8X2個(gè)單元組成一個(gè)子陣，共四個(gè)子陣。陣列中相鄰微帶天線單元的行間距、列間距均相 等為0. 52個(gè)空間波長(zhǎng)。根據(jù)帶寬和掃描角度計(jì)算后得每個(gè)微帶單元相柜的慢波線的長(zhǎng)度 為四個(gè)波長(zhǎng)。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果得到這種介質(zhì)上每波長(zhǎng)微帶線的損耗為0.12dB。如果是這樣 的損耗數(shù)值，則32個(gè)單元的陣列在慢波線上損耗掉的數(shù)值就有14. 88dB，這個(gè)數(shù)值是非常驚人的，也是在實(shí)際設(shè)計(jì)中不能接受的。而在同樣的頻率下，同軸線的實(shí)測(cè)的損耗為每波長(zhǎng) 0.02dB。這樣通過(guò)同軸線連接四個(gè)子陣，提供給子陣所需要的相位。通過(guò)這樣的布局，可以 使得在慢波線上損耗由14. 88dB減小到3. 5dB。結(jié)合圖7，32X2結(jié)構(gòu)的微帶天線陣列的仿真方向圖，從仿真結(jié)果來(lái)看，掃描角和 增益都達(dá)到了滿意的水平。實(shí)施例2 所用的頻率范圍為8. 5-10. 5GHz，掃描角度為士45°，所用的介質(zhì)板的介電常數(shù) 為2. 2，厚度為1_，損耗角為0. 0009。所述的天線陣列結(jié)構(gòu)是由256個(gè)微帶天線單元組成的，陣列為64X2的排列。每 8X2個(gè)單元組成一個(gè)子陣，共8個(gè)陣列。陣列中相鄰微帶天線單元的行間距、列間距均相 等為0. 52個(gè)空間波長(zhǎng)。根據(jù)帶寬和掃描角度計(jì)算后得每個(gè)微帶單元相柜的慢波線的長(zhǎng)度 為四個(gè)波長(zhǎng)。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果得到這種介質(zhì)上每波長(zhǎng)微帶線的損耗為0.12dB。如果是這樣 的損耗數(shù)值，則64個(gè)單元的陣列在慢波線上損耗掉的數(shù)值就有30. 24dB，這個(gè)數(shù)值是非常 驚人的，也是在實(shí)際設(shè)計(jì)中不能接受的。而在同樣的頻率下，同軸線的實(shí)測(cè)的損耗為每波長(zhǎng) 0.02dB。這樣通過(guò)同軸線連接四個(gè)子陣，提供給子陣所需要的相位。通過(guò)這樣的布局，可以 使得在慢波線上損耗由30. 24dB減小到5. 77dB。實(shí)施例3 所用的頻率范圍為8. 5-10. 5GHz，掃描角度為士45°，所用的介質(zhì)板的介電常數(shù) 為2. 2，厚度為1_，損耗角為0. 0009。所述的天線陣列結(jié)構(gòu)是由512個(gè)微帶天線單元組成的，陣列為128X2的排列。每 8X2個(gè)單元組成一個(gè)子陣，共16個(gè)陣列。陣列中相鄰微帶天線單元的行間距、列間距均相 等為0. 52個(gè)空間波長(zhǎng)。根據(jù)帶寬和掃描角度計(jì)算后得每個(gè)微帶單元相柜的慢波線的長(zhǎng)度 為四個(gè)波長(zhǎng)。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果得到這種介質(zhì)上每波長(zhǎng)微帶線的損耗為0.12dB。如果是這樣 的損耗數(shù)值，則128個(gè)單元的陣列在慢波線上損耗掉的數(shù)值就有60. 96dB，這個(gè)數(shù)值是非常 驚人的，也是在實(shí)際設(shè)計(jì)中不能接受的。而在同樣的頻率下，同軸線的實(shí)測(cè)的損耗為每波長(zhǎng) 0.02dB。這樣通過(guò)同軸線連接四個(gè)子陣，提供給子陣所需要的相位。通過(guò)這樣的布局，可以 使得在慢波線上損耗由60. 96dB減小到8. 80dB。
權(quán)利要求
一種有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列，包括微帶貼片單元[1]、吸收負(fù)載[2]、慢波結(jié)構(gòu)[3]，其特征在于，該頻率掃描天線陣列分為若干子陣[6]，在子陣上設(shè)置饋電的同軸線[4]，該同軸線的一端接慢波結(jié)構(gòu)[3]，另一端接功分器[5]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列，其特征在于， 慢波結(jié)構(gòu)[3]包括混合使用的一分三的功分器[8]和耦合線型功分器[9]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列，其特征在 于，微帶貼片單元[1]為口徑耦合微帶天線單元。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種有限帶寬內(nèi)寬角度掃描的頻率掃描天線陣列，包括微帶貼片單元[1]、吸收負(fù)載[2]、慢波結(jié)構(gòu)[3]，該頻率掃描天線陣列分為若干子陣[6]，在子陣上設(shè)置饋電的同軸線[4]，該同軸線的一端接慢波結(jié)構(gòu)[3]，另一端接功分器[5]。慢波結(jié)構(gòu)[3]包括混合使用的一分三的功分器[8]和耦合線型功分器[9]。微帶貼片單元[1]為口徑耦合微帶天線單元。本發(fā)明采用微帶天線，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕的優(yōu)點(diǎn)；采用同軸線與微帶線混用的慢波結(jié)構(gòu)，能在有限帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬角度的掃描同時(shí)損耗比傳統(tǒng)的頻率掃描微帶天線損耗低30％以上；三路功分器和耦合線型功分器混用，具有方便實(shí)現(xiàn)天線陣列幅度分布的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01Q3/34GK101888019SQ20091002790
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者劉永康, 方大綱, 王昊 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)