微波天線、微波設(shè)備及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及微波技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種微波天線，其包括天線輻射單元和向天線輻射單元饋電的饋電網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明還涉及一種包含所述微波天線的微波設(shè)備，及該微波設(shè)備在工業(yè)控制系統(tǒng)或車(chē)載雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]寬頻微波系統(tǒng)可包括微波天線、射頻信號(hào)發(fā)送和接收單元、信號(hào)計(jì)算及處理單元、對(duì)象識(shí)別單元及控制單元等部分。其中微波天線包括多個(gè)輻射單元(如用貼片天線來(lái)實(shí)現(xiàn))，以及用于向輻射單元饋送射頻信號(hào)的饋電網(wǎng)絡(luò)。由于寬頻微波系統(tǒng)的工作頻率很大，在某些應(yīng)用中，為了保證微波系統(tǒng)中微波天線的主瓣方向不隨工作頻率的變化而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，天線的饋電網(wǎng)絡(luò)起到至關(guān)重要的作用。采用并行或混合(并行加串行)的饋電系統(tǒng)能夠消除或減少天線主瓣方向因頻率變化而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)。
[0003]通常的并行/混合式饋電網(wǎng)絡(luò)采用橫向排列，即饋電網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)功分器與輻射單元陣列排列在同一個(gè)平面上。這樣的饋電網(wǎng)絡(luò)可以滿足單個(gè)天線的應(yīng)用，但對(duì)于采用多通道的微波系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，共面的饋電網(wǎng)絡(luò)將占據(jù)很大的平面面積，從而降低系統(tǒng)性能。發(fā)明人意識(shí)到，將常規(guī)的橫向排列的饋電網(wǎng)絡(luò)變?yōu)榭v向排列，即使得饋電網(wǎng)絡(luò)中的多級(jí)功分器沿輻射單元所在平面的法線方向上下疊層排列，可以使將饋電網(wǎng)絡(luò)從二維擴(kuò)展為三維，從而顯著減少整個(gè)天線饋電網(wǎng)絡(luò)所占的平面面積，滿足多通道的應(yīng)用。
[0004]另外，在這樣的縱向饋電網(wǎng)絡(luò)中，如果采用常規(guī)的對(duì)稱(chēng)功分器(即從饋電輸入支路引到各輸出支路上的功率分配之比接近1:1)，將導(dǎo)致天線的旁瓣水平在-13dB左右，對(duì)于多數(shù)微波系統(tǒng)、尤其是雷達(dá)傳感器而言，這種水平的旁瓣是過(guò)高的。因此，在本發(fā)明中發(fā)明人對(duì)功分器的分功比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，對(duì)微波天線的饋電網(wǎng)絡(luò)加以改進(jìn)，使其以緊湊的構(gòu)造方式實(shí)現(xiàn)，能夠降低天線的旁瓣水平，提高了系統(tǒng)性能。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，上述任務(wù)通過(guò)一種具有下述特征的微波天線來(lái)解決。該微波天線包括天線輻射單元和向所述天線輻射單元饋電的饋電網(wǎng)絡(luò)，其中所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)或多個(gè)縱向功分器。這里的“功分器”也可以被稱(chēng)為“功率分配器(power divider) ”，用于將一路輸入信號(hào)能量分成兩路或更多路輸出。根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)縱向功分器的輸入支路和輸出支路分別位于不同平面上，并且所述縱向功分器中包括不等分功分器，即每個(gè)不等分功分器至少有一條輸出支路具有與其他輸出支路不同的幾何構(gòu)造，使得在所述至少一條輸出支路上的功率分配與其他輸出支路上的功率分配不相等。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明所述微波天線的饋電網(wǎng)絡(luò)包括層疊排列的多級(jí)縱向功分器，其中同一級(jí)縱向功分器位于同一平面上，而不同級(jí)的縱向功分器位于相互平行的不同平面上。
[0008]這樣，通過(guò)縱向多層排列的功分器形成了三維的饋電網(wǎng)路結(jié)構(gòu)，可以從天線輻射單元陣列的下方向天線輻射單元饋送電信號(hào)，有效地降低了天線饋電網(wǎng)絡(luò)所需的平面面積，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的天線。
[0009]可選地，在根據(jù)本發(fā)明的微波天線的饋電網(wǎng)絡(luò)中，所述縱向功分器的輸入支路和/或輸出支路可以通過(guò)帶狀線、微帶線或者波導(dǎo)管(如金屬波導(dǎo)管或基片集成波導(dǎo)管)等多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施方式，當(dāng)用帶狀線或微帶線作為所述不等分功分器的輸出支路時(shí)，至少有一條輸出支路上的帶狀線或微帶線的金屬導(dǎo)電條可以被設(shè)計(jì)為具有與其他輸出支路上的帶狀線或微帶線的金屬導(dǎo)電條不同的寬度，使得該輸出支路上的阻抗與其他輸出支路的阻抗不同，從而實(shí)現(xiàn)了不均等的分功比。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)可選實(shí)施方式，當(dāng)用具有矩形橫截面的波導(dǎo)管作為不等分功分器的輸出支路時(shí)，從輸入支路到輸出支路的親合點(diǎn)位于波導(dǎo)管矩形橫截面的長(zhǎng)邊一側(cè)。優(yōu)選的是，此時(shí)至少有一條輸出支路上的波導(dǎo)管內(nèi)設(shè)置有波阻礙結(jié)構(gòu)，使得從所述耦合點(diǎn)向該輸出支路饋送的能量有一部分被所述波阻礙結(jié)構(gòu)反射到其他輸出支路上，從而使在該輸出支路上分配的功率與其他輸出支路上分配的功率不相等。
[0012]例如，作為輸出支路的波導(dǎo)管可以是金屬波導(dǎo)管，所述波阻礙結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)為改變金屬波導(dǎo)管橫截面大小的邊框結(jié)構(gòu)。
[0013]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，作為輸出支路的波導(dǎo)管也可以是基片集成波導(dǎo)管，其中所述波阻礙結(jié)構(gòu)可以由位于基片集成波導(dǎo)管中的過(guò)孔結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0014]可選的是，本發(fā)明所述的不等分功分器可具有一條輸入支路和兩條輸出支路，在這兩條輸出支路上分配的功率不同，設(shè)具有較小功率分配的輸出支路與具有較大功率分配的輸出支路之間的功率分配之比為1: N，則通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)輸出支路的幾何結(jié)構(gòu)，例如改變帶狀線或微帶線的金屬導(dǎo)電帶的寬度、或者調(diào)整波導(dǎo)管內(nèi)的波阻礙結(jié)構(gòu)的形狀和/或位置，可以實(shí)現(xiàn)N的取值為1.3彡NS 10。
[0015]通過(guò)有目的地優(yōu)化設(shè)計(jì)和調(diào)整縱向功分器不同輸出支路上的分功比，可以降低天線的旁瓣水平，從而顯著提高了整個(gè)天線系統(tǒng)的性能。
[0016]當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施方式，在饋電網(wǎng)絡(luò)中除了所述縱向功分器之外，天線輻射單元中的一部分也可以由串行傳輸線來(lái)饋電，這些串行傳輸線與天線輻射單元陣列位于同一個(gè)平面內(nèi)(即構(gòu)成了并行加串行的混合式饋電網(wǎng)絡(luò))。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施方式，可以通過(guò)多層有機(jī)材料微波電路板來(lái)疊層形成所述天線輻射單元和饋電網(wǎng)絡(luò)，例如可以采用Rogers軟材料作為微波電路板。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，也可以通過(guò)低溫共燒陶瓷(LTCC)制造所述天線輻射單元和饋電網(wǎng)絡(luò)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，還建議了一種微波設(shè)備，其包含具有上述特征的微波天線，以及與該微波天線電連接的射頻電路，其中所述微波天線和所述射頻電路被安置在一殼體內(nèi)。這里的射頻電路例如可以包括信號(hào)發(fā)生源、功率放大器、混頻器等電路元件。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的上述微波設(shè)備可以廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制系統(tǒng)以及車(chē)載雷達(dá)系統(tǒng)中。
【附圖說(shuō)明】
[0020]下面借助圖1至4詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的微波天線的不同實(shí)施方式。這些附圖以示意圖的方式分別示出了:
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的微波天線的原理性示意圖；
[0022]圖2是沿圖1所示剖面線A-A’剖開(kāi)的截面示意圖；
[0023]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的縱向不等分功分器的示意圖，其通過(guò)微帶線來(lái)實(shí)現(xiàn)；以及
[0024]圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的縱向不等分功分器的示意圖，其通過(guò)金屬波導(dǎo)管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面意圖借助附圖解釋本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，并非用于限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，也可以通過(guò)其他方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所建議的技術(shù)方案，而不背離本發(fā)明的主旨。
[0026]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微波天線I的原理性示意圖。在該微波天線I中，多個(gè)天線福射單元a:、J1-1d4、及(^-(^排列在一個(gè)平面上，形成了天線福射單元陣列。天線福射單元a# b 1、C1之間，a 2與b 2、C2之間，a 3與b 3、C3之間，以及a 4與b 4、c4之間分別通過(guò)串行傳輸線d進(jìn)行串行饋電。
[0027]圖1中示意性地示出了兩個(gè)一級(jí)功分器S11和S 12。其中一個(gè)一級(jí)功分器S11的兩條輸出支路分別通過(guò)兩條縱向傳輸線連接至天線輻射單元％和a 2上的耦合點(diǎn)f jP f 2，向天線輻射單元％和32并行饋電；另一個(gè)一級(jí)功分器S12的兩條輸出支路分別通過(guò)兩條縱向傳輸線連接至天線福射單元&3和a 4上的親合點(diǎn)f 3和f 4，向天