一種用于l波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達(dá)天線【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線，包括金屬反射板，所述金屬反射板上設(shè)置有若干排L型支撐件，所述支撐件上設(shè)置有若干寄生柱，相鄰兩寄生柱之間設(shè)置有振子單元，所述振子單元按三角形陣列排布。本發(fā)明特殊的三角形陣列結(jié)構(gòu)，再通過對天線單元的寄生結(jié)構(gòu)以及檢測環(huán)天線的巧妙設(shè)計(jì)，使其具有寬頻帶，寬波束，高隔離，寬掃描范圍，帶內(nèi)無掃描盲點(diǎn)等優(yōu)越的電氣性能，天線的結(jié)構(gòu)簡便，重量輕巧，制造方便，易于進(jìn)行大型雷達(dá)天線陣列的生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)。
【專利說明】一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)天線【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)中，具有大瞬時(shí)帶寬、大角掃描特性(10%帶寬，±60°掃描范圍)的相控陣天線在未來的防空武器和測控系統(tǒng)中具有重大作用，但是寬角掃描有兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，即存在掃描盲點(diǎn)和大角度掃描時(shí)會(huì)使增益降低。同時(shí)這種天線測試、維護(hù)難度也很尚O


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，提供一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線，該天線寬頻帶，寬波束，高隔離，寬掃描范圍，并且結(jié)構(gòu)簡單。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:包括金屬反射板，所述金屬反射板上設(shè)置有若干排L型支撐件，所述支撐件上設(shè)置有若干寄生柱，相鄰兩寄生柱之間設(shè)置有振子單元，所述振子單元按三角形陣列排布。
[0005]進(jìn)一步的，所述振子單元正面為兩臂下折的微帶對稱振子，所述振子長度為中心頻率波長的0.4?0.5倍，寬度為中心頻率波長的0.1?0.2倍，下折角度為30°。
[0006]進(jìn)一步的，所述微帶對稱振子采用FR4型雙面覆銅介質(zhì)板，介電常數(shù)S1= 4.4，介質(zhì)損耗角正切tan δ = 0.02，介質(zhì)板厚度2mm，介質(zhì)板雙面覆著銅箔的厚度為36 μπι。
[0007]進(jìn)一步的，所述振子單元背面設(shè)置有用于耦合饋電的漸變巴倫，所述漸變巴倫包括漸變匹配部分和耦合饋電部分，漸變匹配部分呈梯形，底部寬度為中心頻率波長的0.02?0.03倍，頂部寬度為中心頻率波長的0.01?0.02倍，漸變部分長度為中心頻率波長的0.15?0.20倍；耦合饋電部分呈倒U型，U型部分寬度一致為中心頻率波長的0.01?0.02倍，總長度為中心頻率波長的0.36?0.38倍。
[0008]進(jìn)一步的，所述振子單元背面對稱設(shè)置有檢測小環(huán)天線，所述檢測小環(huán)天線通過同軸線與振子單元連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述檢測小環(huán)天線為微帶形式，其蝕刻于振子單元兩臂的背面，小環(huán)周長約為中心頻率波長的0.1倍。
[0010]進(jìn)一步的，所述檢測小環(huán)天線的輸出端分別串接高阻電阻，再與匹配電阻并接，然后與陣子天線連接，所述高阻電阻的阻值為470 Ω?520 Ω，所述匹配電阻的阻值為47?55 Ω 0
[0011]進(jìn)一步的，所述振子單元按三角形陣列排布，平行陣子方向陣間距為中心頻率波長的0.5?0.6倍，垂直振子方向陣間距為中心頻率波長的0.4?0.5倍。
[0012]進(jìn)一步的，所述寄生柱為矩形金屬柱，高度為中心頻率波長的0.2?0.3倍，垂直于振子單元面方向的寬度為中心頻率波長的0.06?0.08倍，所述寄生柱距相鄰振子單元中心間距為中心頻率波長的0.5?0.6倍。
[0013]進(jìn)一步的，所述的金屬反射板，寬度為中心頻率波長的2.4?2.6倍，長度為中心頻率波長的3.1?3.4倍，金屬反射板到振子單元頂端的距離為中心頻率波長的0.25-0.35倍。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:利用寄生技術(shù)有效的展寬振子單元方向圖，并應(yīng)用三角形陣列展寬振子單元的陣中方向圖，保證振子單元方形圖半功率波束寬度能夠覆蓋整個(gè)掃描范圍，這種特性能夠保證將掃描盲點(diǎn)排除在掃描范圍之外，同時(shí)保證大角掃描時(shí)天線的增益足夠高。三角形陣列在相同的有效面積下，陣列單元數(shù)可相對減少13%，但陣列性能保持不變。通過設(shè)置寄生柱，可將單元方向圖從60°展寬到120°以上，同時(shí)，寄生柱放在振子單元之間會(huì)起到隔離的作用。
[0015]進(jìn)一步的，通過設(shè)置兩臂下折的微帶對稱振子，保證振子單元H面方向圖的波束寬度。
[0016]進(jìn)一步的，通過設(shè)置漸變巴倫的饋電結(jié)構(gòu)，保證天線在寬帶范圍內(nèi)的匹配特性。
[0017]進(jìn)一步的，通過設(shè)置檢測小環(huán)檢測天線，通過計(jì)算小環(huán)檢測天線的輸出數(shù)據(jù)，即可得到振子臂上的電流分布，進(jìn)而通過遠(yuǎn)場計(jì)算得到振子單元的遠(yuǎn)場方向圖，對方向圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即可判定振子單元是否工作正常，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明俯視圖；
[0019]圖2為本發(fā)明側(cè)視圖；
[0020]圖3為本發(fā)明振子單元示意圖；
[0021]圖4為陣列中心振子單元的駐波曲線；
[0022]圖5為陣列中心振子單元的方向圖；
[0023]圖6為檢測小環(huán)天線匹配時(shí)的駐波曲線；
[0024]圖7為陣列中心振子單元與檢測小環(huán)天線的互耦曲線；
[0025]圖8為檢測小環(huán)天線示意圖；
[0026]其中:1為振子單元；2為寄生柱；3為金屬反射板；4為檢測小環(huán)天線；5為L型件；6為高阻電阻；7為匹配電阻。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028]參見圖1、2、8，本發(fā)明包括金屬反射板3，所述金屬反射板3上設(shè)置有若干排L型支撐件5，所述支撐件5上設(shè)置有若干寄生柱2，相鄰兩寄生柱2之間設(shè)置有振子單元1，所述振子單元I按三角形陣列排布，平行陣子方向陣間距為中心頻率波長的0.5?0.6倍，垂直振子方向陣間距為中心頻率波長的0.4?0.5倍。上述三角形陣列在相同的有效面積下，陣列單元數(shù)可相對減少13 %，但陣列性能保持不變。
[0029]振子單元I正面為兩臂下折的微帶對稱振子，所述振子長度為中心頻率波長的0.4?0.5倍，寬度為中心頻率波長的0.1?0.2倍，下折角度為30°。所述微帶對稱振子采用FR4型雙面覆銅介質(zhì)板，介電常數(shù)ε 4.4，介質(zhì)損耗角正切tan δ =0.02，介質(zhì)板厚度2mm，介質(zhì)板雙面覆著銅箔的厚度為36 μπι。
[0030]振子單元I背面設(shè)置有用于耦合饋電的漸變巴倫，所述漸變巴倫包括漸變匹配部分和耦合饋電部分，漸變匹配部分呈梯形，底部寬度為中心頻率波長的0.02?0.03倍，頂部寬度為中心頻率波長的0.01?0.02倍，漸變部分長度為中心頻率波長的0.15?0.20倍；耦合饋電部分呈倒U型，U型部分寬度一致為中心頻率波長的0.01?0.02倍，總長度為中心頻率波長的0.36?0.38倍。所述微帶對稱陣子天線的兩臂下折，下折的兩臂能夠展寬微帶對稱振子天線的H面方向圖波束寬度，展寬寬度約為15° ;所述巴倫對微帶振子天線進(jìn)行平衡饋電，可以起到寬帶匹配的作用。
[0031]振子單元I背面對稱設(shè)置有檢測小環(huán)天線4，所述檢測小環(huán)天線4通過同軸線與振子單元I連接。檢測小環(huán)天線4為微帶形式，其蝕刻于振子單元I兩臂的背面，小環(huán)周長約為中心頻率波長的0.1倍。檢測小環(huán)天線4的輸出端分別串接高阻電阻6，再與匹配電阻7并接，然后與陣子天線I連接，所述高阻電阻6的阻值為470 Ω?520 Ω，所述匹配電阻7的阻值為47?55 Ω。
[0032]所述寄生柱2為矩形金屬柱，高度為中心頻率波長的0.2?0.3倍，垂直于振子單元I面方向的寬度為中心頻率波長的0.06?0.08倍，所述寄生柱2距相鄰振子單元I中心間距為中心頻率波長的0.5?0.6倍。寄生柱可將單元方向圖從60°展寬到120°以上，同時(shí)，寄生柱放在振子天線之間會(huì)起到隔離的作用。金屬反射板3，寬度為中心頻率波長的2.4?2.6倍，長度為中心頻率波長的3.1?3.4倍，金屬反射板3到振子單元I頂端的距離為中心頻率波長的0.25-0.35倍。振子單元的正面向下傾斜部分為振子臂，中間部分為微帶巴倫，底部橫條為振子單元與L型件的焊接部。L型件5的高度為20mm。所述振子單元I用鉚釘固定在L型件5上，L型件5采用鉚釘固定在金屬反射板3上。
[0033]參見圖3，小環(huán)檢測天線饋電端通過兩個(gè)金屬化過孔連接到正面的振子臂I上，在正面振子臂I上有一個(gè)小金屬焊盤，焊盤周圍的一圈金屬蝕刻掉，以此來與振子臂絕緣，焊盤上有一個(gè)與背面小環(huán)檢測天線相連的金屬化過孔、焊盤之外的天線臂上也有同樣的金屬化過孔與小環(huán)檢測天線相連，焊盤上的金屬化過孔連接同軸線的芯線，振子臂上的金屬化過孔連接同軸線外皮。同軸線的外皮一直沿著振子單元表面向下焊接至金屬反射板附近，再通過射頻接頭連接到金屬反射板上。通過計(jì)算小環(huán)檢測天線的輸出數(shù)據(jù)，即可得到振子臂上的電流分布，進(jìn)而通過遠(yuǎn)場計(jì)算得到振子天線的遠(yuǎn)場方向圖，對方向圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即可判定振子天線是否工作正常，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。
[0034]參見圖4-7，陣列中心振子單元的駐波在設(shè)計(jì)頻段VSWR < 1.35 ;陣列中心單元在中心頻率E面、H面方向圖的半功率波束寬度分別為133°和117°，這就能夠保證±60°掃描范圍內(nèi)無掃描盲點(diǎn)；陣列中心單元上蝕刻的檢測小環(huán)天線在匹配狀態(tài)下的VSffR ( 1.3，檢測小環(huán)天線與陣列中心單元之間的互耦約為-55dB。
[0035]本天線為相控陣天線，為保證陣列天線和檢測小環(huán)天線的正常使用，需要對振子單元和檢測小環(huán)進(jìn)行初始校準(zhǔn)。這一過程需要配置一種屏蔽環(huán)探頭，通過探頭檢測每一個(gè)單元上電流的初始幅度和相位(存在加工誤差和材料的公差，即使給相同的饋電模式，每個(gè)單元輻射端電流的初始幅度、相位也都不一樣)，根據(jù)探頭檢測到的數(shù)據(jù)，通過后端饋電設(shè)備的調(diào)整，以陣列中心單元為基準(zhǔn)，使每個(gè)單元輻射端的幅度和相位一致，這就完成的了對振子天線的校準(zhǔn)；之后，在前一步校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，再通過檢測環(huán)天線檢測振子天線上的電流，檢測數(shù)據(jù)同樣是存在誤差的，由于振子天線的輻射已經(jīng)調(diào)成等副同相狀態(tài)，所以將數(shù)據(jù)中的誤差輸入到檢測小環(huán)天線后端的處理程序中，作為初始值進(jìn)行歸零，這樣程序再處理檢測小環(huán)天線輸出的數(shù)據(jù)就是一致的，也即完成了檢測小環(huán)天線的校準(zhǔn)，然后整個(gè)陣列天線即可正常進(jìn)行掃描使用和實(shí)時(shí)監(jiān)控。陣列校準(zhǔn)過之后，以后使用不需再進(jìn)行校準(zhǔn)，如果陣列更換單元，則需要重新進(jìn)行校準(zhǔn)。本天線掃描工作時(shí)，通過對每個(gè)單元饋電相位的控制實(shí)現(xiàn)掃描功能一一以某一個(gè)單元為基準(zhǔn)，相鄰單元間依次相差固定差值的相位差。
[0036]本發(fā)明采用特殊的三角形陣列結(jié)構(gòu)，再通過對天線單元的寄生結(jié)構(gòu)以及檢測環(huán)天線的巧妙設(shè)計(jì)，使其具有寬頻帶，寬波束，高隔離，寬掃描范圍，帶內(nèi)無掃描盲點(diǎn)等優(yōu)越的電氣性能，天線的結(jié)構(gòu)簡便，重量輕巧，制造方便，易于進(jìn)行大型雷達(dá)天線陣列的生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線，其特征在于，包括金屬反射板(3)，所述金屬反射板(3)上設(shè)置有若干排L型支撐件(5)，所述支撐件(5)上設(shè)置有若干寄生柱(2)，相鄰兩寄生柱(2)之間設(shè)置有振子單元(I)，所述振子單元⑴按三角形陣列排布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線，其特征在于，所述振子單元(I)正面為兩臂下折的微帶對稱振子，所述振子長度為中心頻率波長的0.4?0.5倍，寬度為中心頻率波長的0.1?0.2倍，下折角度為30°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線，其特征在于，所述微帶對稱振子采用FR4型雙面覆銅介質(zhì)板，介電常數(shù)ε r= 4.4，介質(zhì)損耗角正切tan δ=0.02，介質(zhì)板厚度2mm，介質(zhì)板雙面覆著銅箔的厚度為36 μ m?
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線，其特征在于，所述振子單元(I)背面設(shè)置有用于耦合饋電的漸變巴倫，所述漸變巴倫包括漸變匹配部分和耦合饋電部分，漸變匹配部分呈梯形，底部寬度為中心頻率波長的0.02?0.03倍，頂部寬度為中心頻率波長的0.01?0.02倍，漸變部分長度為中心頻率波長的0.15?0.20倍；耦合饋電部分呈倒U型，U型部分寬度一致為中心頻率波長的0.01?0.02倍，總長度為中心頻率波長的0.36?0.38倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線，其特征在于，所述振子單元(I)背面對稱設(shè)置有檢測小環(huán)天線(4)，所述檢測小環(huán)天線(4)通過同軸線與振子單元⑴連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線，其特征在于，所述檢測小環(huán)天線(4)為微帶形式，其蝕刻于振子單元(I)兩臂的背面，小環(huán)周長約為中心頻率波長的0.1倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線，其特征在于，所述檢測小環(huán)天線(4)的輸出端分別串接高阻電阻(6)，再與匹配電阻(7)并接，然后與陣子天線(I)連接，所述高阻電阻(6)的阻值為470 Ω?520 Ω，所述匹配電阻(7)的阻值為47 ?55Ω 0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線，其特征在于，所述振子單元(I)按三角形陣列排布，平行陣子方向陣間距為中心頻率波長的0.5?0.6倍，垂直振子方向陣間距為中心頻率波長的0.4?0.5倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線，其特征在于，所述寄生柱(2)為矩形金屬柱，高度為中心頻率波長的0.2?0.3倍，垂直于振子單元(I)面方向的寬度為中心頻率波長的0.06?0.08倍，所述寄生柱(2)距相鄰振子單元(I)中心間距為中心頻率波長的0.5?0.6倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于L波段寬角掃描的相控陣?yán)走_(dá)天線，其特征在于，所述的金屬反射板(3)，寬度為中心頻率波長的2.4?2.6倍，長度為中心頻率波長的.3.1?3.4倍，金屬反射板(3)到振子單元(I)頂端的距離為中心頻率波長的0.25-0.35倍。
【文檔編號】H01Q1/50GK104518290SQ201410816194
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】張喆, 王亞亮, 任輝, 馬玉新 申請人:陜西特恩電子科技有限公司