一種s波段光控相控陣單元天線(xiàn)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種S波段光控相控陣單元天線(xiàn)，涉及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域，包括介質(zhì)基板、三個(gè)引向器、一對(duì)激勵(lì)振子、一個(gè)反射振子和微帶饋線(xiàn)；其中，介質(zhì)基板包括正面和背面，引向器、激勵(lì)振子和反射振子位于介質(zhì)基板的正面，微帶饋線(xiàn)位于介質(zhì)基板的背面；所述的介質(zhì)基板的正面設(shè)置覆銅的引向器、激勵(lì)振子和反射振子，其中三個(gè)引向器、激勵(lì)振子與反射振子從上往下依次設(shè)置于介質(zhì)基板。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：通過(guò)Ansoft HFSS電磁仿真軟件進(jìn)行仿真并與天線(xiàn)的實(shí)際測(cè)試做對(duì)比，結(jié)果表明：駐波比(VSWR)2的相對(duì)帶寬達(dá)到40％，在中心頻點(diǎn)2.4GHz最大增益為6dB。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種S波段光控相控陣單元天線(xiàn)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種S波段光控相控陣單元天線(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，各類(lèi)需求使得相控陣技術(shù)不斷發(fā)展，光控相控陣天線(xiàn)已成為各國(guó)學(xué)者關(guān) 注的焦點(diǎn)。例如，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，為了提高相控陣?yán)走_(dá)對(duì)目標(biāo)的分辨、識(shí)別能力和解決目標(biāo) 的雷達(dá)成像問(wèn)題，要求雷達(dá)具有大的瞬時(shí)信號(hào)帶寬。同時(shí)，為減小雷達(dá)信號(hào)被截獲的概率和 降低反輻射導(dǎo)彈的威脅，通常采用具有大瞬時(shí)帶寬的擴(kuò)譜信號(hào)。但是，基于移相器的相控陣 雷達(dá)天線(xiàn)在進(jìn)行寬角掃描時(shí)，由于渡越時(shí)間和孔徑效應(yīng)，使得信號(hào)的瞬時(shí)帶寬受限。
[0003] 為了實(shí)現(xiàn)相控陣的寬帶寬角掃描，必須使用實(shí)時(shí)延遲線(xiàn)TTD(True Time Delay)取 代常規(guī)相控陣中的移相器，但因數(shù)量太多給工程實(shí)現(xiàn)帶來(lái)困難，折衷的方法是在相控陣的 子陣級(jí)上引入TTD進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償。傳統(tǒng)的TTD是由波導(dǎo)或同軸電纜構(gòu)成的，對(duì)一個(gè)口徑20m大 型相控陣天線(xiàn)，在掃描角為60°時(shí)，TTD的長(zhǎng)度約為17m，如此長(zhǎng)的波導(dǎo)或同軸電纜，無(wú)論是對(duì) 寬帶信號(hào)的傳輸損耗還是工程實(shí)現(xiàn)，都將帶來(lái)不便。如果將微波信號(hào)調(diào)制在光纖上，用光纖 作為T(mén)TD，稱(chēng)為0TTD(0ptical True Time Delay)，由于光載波頻率極高，信號(hào)帶寬相對(duì)光載 波頻率極小，線(xiàn)路具有穩(wěn)定的傳輸特性。同時(shí)將使系統(tǒng)重量減輕，體積減小，無(wú)相互輻射干 擾。
[0004] 在相控陣天線(xiàn)中，天線(xiàn)陣列是由多個(gè)輻射單元按一定規(guī)律排成陣列，輻射單元的 輻射特性直接影響天線(xiàn)陣的輻射特性，為了使陣列因子能決定陣性能，必須使輻射單元在 掃描角范圍內(nèi)其增益不變，而在掃描角范圍外沒(méi)有輻射，這樣的輻射單元就是理想的。此時(shí) 天線(xiàn)陣列的輻射特性在掃描范圍內(nèi)完全由陣列因子決定，而且在掃描角范圍外沒(méi)有輻射。 而實(shí)際上的增益被單元方向性加權(quán)，輻射單元方向性嚴(yán)重影響陣列天線(xiàn)的波束指向的精 度。在相控陣單元天線(xiàn)的設(shè)計(jì)方面，準(zhǔn)八木天線(xiàn)由于其交叉極化小，增益穩(wěn)定，前后比高，易 于構(gòu)成陣列等特點(diǎn)受到廣泛的研究，但其天線(xiàn)增益和相對(duì)帶寬還有待增強(qiáng)。
[0005] 八木天線(xiàn)由一個(gè)主振子、一個(gè)反射器和若干個(gè)引向器組成。微帶準(zhǔn)八木天線(xiàn)主要 有兩部分組成:上半部分為輻射部分，包括印刷偶極子和引向器;下半部分實(shí)現(xiàn)了微帶線(xiàn)到 共面帶線(xiàn)(CPS)的轉(zhuǎn)換。微帶線(xiàn)的兩個(gè)臂相差半波長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)共面帶線(xiàn)的寄模激勵(lì)，因而起 到一個(gè)寬帶巴倫的作用，微帶線(xiàn)背面截?cái)嗟慕拥孛嫫鸬椒瓷淦鞯淖饔谩?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種S波段光控相控陣單元天線(xiàn)，該 天線(xiàn)解決了傳統(tǒng)準(zhǔn)八木天線(xiàn)的增益和相對(duì)帶寬有待增強(qiáng)的問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種S波段光控相控陣單元天線(xiàn)，包括介質(zhì)基板、 三個(gè)引向器、一對(duì)激勵(lì)振子、一個(gè)反射振子和微帶饋線(xiàn);其中，介質(zhì)基板包括正面和背面，弓丨 向器、激勵(lì)振子和反射振子位于介質(zhì)基板的正面，微帶饋線(xiàn)位于介質(zhì)基板的背面;所述的介 質(zhì)基板的正面設(shè)置覆銅的引向器、激勵(lì)振子和反射振子，其中三個(gè)引向器、激勵(lì)振子與反射 振子從上往下依次設(shè)置于介質(zhì)基板。
[0008] 作為優(yōu)選，所述的介質(zhì)基板采用FR4環(huán)氧樹(shù)脂基板，其相對(duì)介電常數(shù)為4.4，損耗角 正切為0.025，厚度為1.6mm。
[0009] 作為優(yōu)選，所述的三個(gè)引向器中位于頂端的引向器中間開(kāi)縫。
[0010] 作為優(yōu)選，所述的介質(zhì)基板的背面微帶饋線(xiàn)采用G形微帶饋電結(jié)構(gòu)。
[0011] 作為優(yōu)選，天線(xiàn)采用印刷結(jié)構(gòu)，反射振子既可作為天線(xiàn)的反射器，又可作為微帶饋 線(xiàn)的地板。
[0012] 作為優(yōu)選，所述的三個(gè)引向器位于介質(zhì)基板的中上部，激勵(lì)振子與反射振子相連 且位于介質(zhì)基板的下中下部，所述的一對(duì)激勵(lì)振子左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置于介質(zhì)基板，所述的激勵(lì) 振子和微帶饋線(xiàn)分別設(shè)置在介質(zhì)基板正面和背面的同一高度位置。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明在繼承典型準(zhǔn)八木天線(xiàn)優(yōu)點(diǎn) 的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變巴倫、振子的長(zhǎng)度和寬度提高S波段光控相控陣單元天線(xiàn)的帶寬，在天 線(xiàn)背面采用"G"形微帶饋電方式來(lái)改變S波段光控相控陣單元天線(xiàn)的波束寬度，增加引向器 并在頂端引向器中間開(kāi)縫進(jìn)一步增加 S波段光控相控陣單元天線(xiàn)的增益和輻射強(qiáng)度，并采 用了微帶印刷技術(shù)進(jìn)行了平面低剖面設(shè)計(jì)，反射振子、激勵(lì)振子和引向器衍變?yōu)楦街诮?質(zhì)基板的覆銅部分，由于采用了印刷結(jié)構(gòu)，饋電為微帶線(xiàn)饋電，同時(shí)利用耦合饋電技術(shù)，反 射振子部分既可作為S波段光控相控陣單元天線(xiàn)的反射器，又可作為微帶饋線(xiàn)的地板，激勵(lì) 振子的兩個(gè)臂均和地板相連，這樣可便于滿(mǎn)足兩臂饋電的平衡，同時(shí)只需要調(diào)整微帶線(xiàn)的 寬度和耦合部分的長(zhǎng)度即可實(shí)現(xiàn)良好的阻抗匹配。通過(guò)AnsoftHFSS電磁仿真軟件進(jìn)行仿真 并與天線(xiàn)的實(shí)際測(cè)試做對(duì)比，結(jié)果表明：駐波比（VSWR)2的相對(duì)帶寬達(dá)到40%，在中心頻點(diǎn) 2.4GHz最大增益為6dB。此種改進(jìn)方式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能有效地提高天線(xiàn)的帶寬和增益。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明天線(xiàn)正面圖（向右倒置）；
[0015] 圖2為本發(fā)明天線(xiàn)背面圖（向右倒置）；
[0016] 圖3為本發(fā)明天線(xiàn)整體結(jié)構(gòu)示意圖（向右倒置），其中，介質(zhì)基板1、引向器2、激勵(lì)振 子3、反射振子4、微帶饋線(xiàn)5;
[0017] 圖4為本發(fā)明天線(xiàn)輸入反射系數(shù)實(shí)測(cè)仿真對(duì)比圖；
[0018] 圖5為本發(fā)明天線(xiàn)增益實(shí)測(cè)仿真對(duì)比圖；
[0019] 圖6為本發(fā)明天線(xiàn)電壓駐波比實(shí)測(cè)仿真對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 以下結(jié)合附圖對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021 ]實(shí)施例，如圖1、2和3所示，一種S波段光控相控陣單元天線(xiàn)包括:介質(zhì)基板1、三個(gè) 引向器2、一對(duì)激勵(lì)振子3、一個(gè)反射振子4、微帶饋線(xiàn)5;所述介質(zhì)基板1采用FR4材料，其相對(duì) 介電常數(shù)為4.4,損耗角正切為0.025,厚度為1.6mm;介質(zhì)基板1的正面設(shè)置覆銅的引向器2、 激勵(lì)振子3和反射振子4,其中三個(gè)引向器2、激勵(lì)振子3與反射振子4從上往下依次設(shè)置于介 質(zhì)基板，三個(gè)引向器2位于介質(zhì)基板1的中上部，激勵(lì)振子3與反射振子4相連且位于介質(zhì)基 板1的下中下部;介質(zhì)基板1的背面則設(shè)置微帶饋線(xiàn)5,一對(duì)激勵(lì)振子3左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置于介質(zhì) 基板1。
[0022] 三個(gè)引向器2中位于頂端的引向器2中間開(kāi)縫，通過(guò)改變引向器2的長(zhǎng)度其縫隙的 寬度可以?xún)?yōu)化天線(xiàn)的阻抗帶寬和增益。
[0023] 激勵(lì)振子3與反射振子4相連，通過(guò)改變激勵(lì)振子3的長(zhǎng)度和激勵(lì)振子3與反射振子 4之間的距離可以?xún)?yōu)化天線(xiàn)的差值損耗、增益和諧振頻率。
[0024] 本發(fā)明采用微帶線(xiàn)耦合饋電結(jié)構(gòu)，引向器2數(shù)目的增加以及頂端引向器2的開(kāi)縫技 術(shù)有效的提高了天線(xiàn)的帶寬和增益。
[0025] 原理說(shuō)明，本發(fā)明S波段光控相控陣單元天線(xiàn)尺寸的計(jì)算如下：
[0026] 根據(jù)微帶準(zhǔn)八木天線(xiàn)的參數(shù)計(jì)算公式:激勵(lì)振子單元的長(zhǎng)度應(yīng)為0.5Ag，引向器的 長(zhǎng)度應(yīng)為0.45Ag，反射器與激勵(lì)振子的距離應(yīng)為〇. 25Xg，激勵(lì)振子與引向器的間距及各引 向器間的距離都相等，一般為〇. 2Ag，其中Ag為天線(xiàn)的等效波長(zhǎng)它的計(jì)算公式為：
[0028]式中：c代表電磁波在自由空間中傳播的速度；er代表介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù);f 代表頻率。
[0029]振子寬度的計(jì)算公式：
[0031]式中：fr是天線(xiàn)的諧振頻率。
[0032]本發(fā)明S波段光控相控陣單元天線(xiàn)達(dá)到了如下工作參數(shù)：工作帶寬在2.34-2.49GHz天線(xiàn)反射系數(shù)<-10dB;中心頻點(diǎn)2.4GHz處天線(xiàn)增益6dBi ;極化方式為線(xiàn)極化。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明其正面的微帶線(xiàn)由參數(shù)&、1!1、13^2所決定，這4個(gè)參數(shù)值分別 為0.7111111、40.9111111、3.4111111、3.21]1111;天線(xiàn)背面包含激勵(lì)振子、弓丨向器、反射振子由1^、1、!1、1^1、1^2、 wl、w2、dl、d2、g這 10個(gè)參數(shù)值分別為 125mm、90mm、20mm、26m、28mm、20mm、5mm、13mm、20mm、 lmm〇
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種S波段光控相控陣單元天線(xiàn)，其特征在于，包括介質(zhì)基板、三個(gè)引向器、一對(duì)激勵(lì) 振子、一個(gè)反射振子和微帶饋線(xiàn);其中，介質(zhì)基板包括正面和背面，引向器、激勵(lì)振子和反射 振子位于介質(zhì)基板的正面，微帶饋線(xiàn)位于介質(zhì)基板的背面;所述的介質(zhì)基板的正面設(shè)置覆 銅的引向器、激勵(lì)振子和反射振子，其中三個(gè)引向器、激勵(lì)振子與反射振子從上往下依次設(shè) 置于介質(zhì)基板。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種S波段光控相控陣單元天線(xiàn)，其特征在于，所述的介質(zhì)基 板采用FR4環(huán)氧樹(shù)脂基板，其相對(duì)介電常數(shù)為4.4,損耗角正切為0.025,厚度為1.6mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種S波段光控相控陣單元天線(xiàn)，其特征在于，所述的三個(gè) 引向器中位于頂端的引向器中間開(kāi)縫。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種S波段光控相控陣單元天線(xiàn)，其特征在于，所述的介質(zhì)基 板的背面微帶饋線(xiàn)采用G形微帶饋電結(jié)構(gòu)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種S波段光控相控陣單元天線(xiàn)，其特征在于，天線(xiàn)采用印 刷結(jié)構(gòu)，反射振子既可作為天線(xiàn)的反射器，又可作為微帶饋線(xiàn)的地板。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種S波段光控相控陣單元天線(xiàn)，其特征在于，所述的三個(gè)引 向器位于介質(zhì)基板的中上部，激勵(lì)振子與反射振子相連且位于介質(zhì)基板的下中下部，所述 的一對(duì)激勵(lì)振子左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置于介質(zhì)基板，所述的激勵(lì)振子和微帶饋線(xiàn)分別設(shè)置在介質(zhì)基 板正面和背面的同一高度位置。
【文檔編號(hào)】H01Q1/48GK106025530SQ201610527892
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月6日
【發(fā)明人】張昕, 湯恒亮, 李繼嵐
【申請(qǐng)人】五邑大學(xué)