一种适用于近场平面波模拟器的宽带双极化低散射探头及阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于近场平面波模拟器的宽带双极化低散射探头及阵列。该宽带双极化低散射探头本身可以作为一种天线，为vivaldi天线，探头的馈电端口为可插接式的巴伦结构，该巴伦结构可以和功分网络电路进行垂直焊接，探头口面采用介质进行加载，缩小了天线口径面积。该探头天线与吸波材料集成组成阵列，吸波材料填充在探头天线之间的间隙中。由于探头与功分网络直接焊接，因此所组成阵列各通道的幅相一致性更高，从而提高近场平面波的模拟质量，同时，采用介质加载的探头天线具有小型化、低散射的优点，这增加了探头天线的布局自由度，而具有高隔离度、低散射特点的探头阵列更适合于在近场内模拟平面波，从而实现近场大口径天线测试。

A Broadband Dual Polarization Low Scattering Probe and Array for Near Field Plane Wave Simulator

The invention discloses a broadband dual polarization low scattering probe and array suitable for near field plane wave simulator. The broadband dual polarization low scattering probe itself can be used as an antenna. It is a Vivaldi antenna. The feed port of the probe is a pluggable Baron structure. The Baron structure can be vertically welded with the power distribution network circuit. The probe aperture is loaded with dielectrics, which reduces the aperture area of the antenna. The probe antenna and the absorbing material are integrated to form an array, and the absorbing material is filled in the gap between the probe antennas. Because the probe is welded directly with the power division network, the amplitude of each channel of the array is more consistent, which improves the simulation quality of near-field plane wave. Meanwhile, the probe antenna loaded with dielectric has the advantages of miniaturization and low scattering, which increases the layout freedom of the probe antenna, while the probe array with high isolation and low scattering characteristics is more suitable for near-field. The planar wave is simulated to test the near field large aperture antenna.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于近场平面波模拟器的宽带双极化低散射探头及阵列
本专利技术涉及天线
，尤其涉及一种适用于近场平面波模拟器的宽带双极化低散射探头及阵列，宽带双极化低散射探头本身可以作为一种天线使用，其阵列可以做为平面波模拟器在近场测试其他天线设备。
技术介绍
平面波模拟器是一种应用于近场的天线测试装置。天线的辐射区域分为近场和远场两个区域，常规的天线测试技术也因此分为近场测试技术和远场测试技术，远场法包括室外远场、室内远场和紧缩场法，而近场测试技术主要以各种近场扫描测试技术为主，其中包括平面近场扫描、球面近场扫描、以及柱面近场扫描等。室外远场的测试方式受外界气象条件的影响较大，天线测试的可重复性较差，但测试设备简单，也更符合天线的实际使用条件。室内远场需要占用较大的场地，因此涉及到较多的基建费用。而紧缩场法由于需要制造和装配精度极高的大型反射面，因此费用也较高。但以上三种远场法都可以使被测天线工作于远场条件，这有利于天线某些射频指标的测试。现有的近场法通常是通过一个或多个探头在被测天线近场区域进行采样，再用后处理的数学方式对数据进行近远场变换，通常具有测试时间长、精度低和测试指标有限的缺点。而平面波模拟器兼具了前面所述的天线测试方式的一些优点。平面波模拟器可以工作于被测天线近场区域，因此占用空间较小，但工作原理仍属于远场测试法的范畴，不需要对测试数据进行后处理的近远场变换。平面波模拟器的原理类似于紧缩场，都是在近场的一定区域(测试静区)形成准平面波。它需要由多个探头天线按照设计的空间布局进行布阵，组成一个面阵，以这些探头天线为辐射源在静区形成准平面波，每个探头的馈电值都需要由专用的幅相控制器进行配置。而探头天线的配置至关重要，其影响到平面波模拟器的工作带宽、极化方式、阵列布局方式、静区质量等。平面波模拟器的概念提出的较早，但是真正作为主流的天线测试方式还鲜有报道。德国罗德施瓦茨公司在国内申请的专利CN107918068A中提到了一种用于在一定距离中产生和/或接收平面波的天线阵列，但并未对阵列单元做详细的描述。而罗德施瓦茨公司推出的产品所使用的是一种单极化的探头天线及阵列，这限制了测试系统的测试能力。
技术实现思路
本专利技术要解决技术问题为：克服现有技术的不足，提供了一种适用于不同布阵需求的近场平面波模拟器探头及阵列设计，实现了宽频段、双极化及低散射的特点。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种适用于近场平面波模拟器的宽带双极化低散射探头，探头采用双极化馈电，整个探头与馈电电路板垂直，探头馈电探针与馈电电路板垂直交叉连接安装，探头口面尺寸在最低工作频率的0.3～0.6倍波长之间，探头总长度在最低工作频率的0.5～2倍波长之间，探头采用旋转对称的介质段对辐射口面进行加载。其中，探头介质段可为圆柱形、长方体形、圆锥形、圆台形，或者为上述形式的组合，介质加载段覆盖探头口面主要区域，直径为探头口面尺寸的50％～100％之间，介质加载段的总长度为探头长度的60％～100％，该探头带宽达到1倍频程。其中，在探头的馈电端引出两根平行双导线作为馈电探针，平行双导线中的一根通过过孔结构垂直插接于馈电电路板网络中，并通过焊接的方式将平行双导线与馈电电路板网络连接并固定，此平行双导线结构可为微带线、圆形导线。其中，通过将两个电小尺寸的单极化vivaldi天线十字交叉来实现探头双极化馈电，每个单极化vivaldi天线包括介质板、指数渐变槽线、扇形微带短截线、槽线谐振腔、馈电微带线；指数渐变槽线的开口宽度为最低工作频率所对应波长的0.3～0.6倍，最窄处为最高介质频率对应波长的1％～2％。其中，双极化vivaldi天线的主体刻蚀在PCB板上或者采用金属切割工艺，金属可为铜、铁、锌、锡、金、银常用金属材料或上述材料的合金。其中，单个探头的增益在整个工作频带内在3dBi～10dBi之间。一种宽带双极化低散射探头天线阵列，该天线阵列由探头天线、双极化功分网络和吸波材料组成，探头天线主体部分埋藏于吸波材料中，吸波材料可以为平板吸波材料或角锥吸波材料，吸波材料通过粘贴方式包裹在探头天线侧面，探头口面高于吸波材料的高度在0.05～0.2倍波长之间，通过吸波材料加载实现整个探头的低散射，并同时提高探头单元之间的隔离度；双极化功分网络连接在探头天线的后端，通过焊接的方式将探头天线馈电端口与双极化功分网络连接在一起，功分器从总输入端到达各个支路探头的电长度是相同的，从而保证各路探头的馈电值一致。本专利技术原理在于：通过在天线口面加载介质，拓宽了同样口径下的天线工作的截止频率，即在同一个天线尺寸下，天线可以传播更低频率的电磁波，因此在同样使用频率下，采用介质加载的天线具有更小的尺寸。天线的散射有结构项和模式项组成，天线的尺寸越小，表面截获的感应电流也越少，这减少了天线的结构项，而由于加载了介质，天线的增益可以得到有效的控制，减小天线增益可以减小天线的模式项，从而获得低散射的探头天线。探头天线小型化后在同样的单元间距下，相互之间由于距离更远、衰减更大，因此互耦会有所降低。而在探头天线间同时增加吸波材料也会吸收抑制探头天线间结构件上的感应电流，从而增加通道之间的隔离度。天线与双极化功分网络之间使用插接并焊接的形式进行连接具有更高的可靠性，连接部位一次焊接成型，不会由于移动或重复拆卸而松动，从而保证了通道间的幅相一致性。本专利技术相对于现有技术，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术给出的探头天线组成阵列后，由于频段宽，可以应用于更宽频段的天线测试。2、本专利技术给出的探头天线组成阵列后，由于为双极化馈电，可以很方便地对天线的不同极化状态进行测量。3、本专利技术给出的探头天线由于结构较紧凑，可以增加组阵的自由度。4、本专利技术给出的探头阵列由于散射低，因此可以有效抑制被测天线与平面波模拟器之间的多次反射，从而提升静区质量，提高天线测试精度。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明图1为现有技术的宽带双极化低散射探头排列成阵列的结构示意图；图2为宽带双极化低散射探头一个立体图；图3为宽带双极化低散射探头阵列侧视图；图4为宽带双极化低散射探头馈电探针平行双导线结构示意图；图5为宽带双极化低散射探头馈电双极化功分网络示意图；图中：1为探头天线，2为吸波材料，3为双极化功分网络，11为介质，11a为探头口面尺寸，11b为探头总长度，12为介质板，13为指数渐变槽线，14为扇形微带短截线，15为槽线谐振腔，16为馈电探针平行双导线，31为馈电电路板，32为介质层，33为接地板，161为馈电探针平行双导线一，162为馈电探针平行双导线二，311为合路端口，312为支路端口一，313为支路端口二，314为支路端口三，315为支路端口四。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参考图2、3、4，宽带双极化低散射探头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于近场平面波模拟器的宽带双极化低散射探头，其特征在于：探头采用双极化馈电，整个探头与馈电电路板垂直，探头馈电探针与馈电电路板垂直交叉连接安装，探头口面尺寸在最低工作频率的0.3～0.6倍波长之间，探头总长度在最低工作频率的0.5～2倍波长之间，探头采用旋转对称的介质段对辐射口面进行加载。

【技术特征摘要】
1.一种适用于近场平面波模拟器的宽带双极化低散射探头，其特征在于：探头采用双极化馈电，整个探头与馈电电路板垂直，探头馈电探针与馈电电路板垂直交叉连接安装，探头口面尺寸在最低工作频率的0.3～0.6倍波长之间，探头总长度在最低工作频率的0.5～2倍波长之间，探头采用旋转对称的介质段对辐射口面进行加载。2.根据权利要求1所述的一种适用于近场平面波模拟器的宽带双极化低散射探头，其特征在于：探头介质段可为圆柱形、长方体形、圆锥形、圆台形，或者为上述形式的组合，介质加载段覆盖探头口面主要区域，直径为探头口面尺寸的50％～100％之间，介质加载段的总长度为探头长度的60％～100％，该探头带宽达到1倍频程。3.根据权利要求1所述的一种适用于近场平面波模拟器的宽带双极化低散射探头，其特征在于：在探头的馈电端引出两根平行双导线作为馈电探针，平行双导线中的一根通过过孔结构垂直插接于馈电电路板网络中，并通过焊接的方式将平行双导线与馈电电路板网络连接并固定，此平行双导线结构可为微带线、圆形导线。4.根据权利要求1所述的一种适用于近场平面波模拟器的宽带双极化低散射探头，其特征在于：通过将两个电小尺寸的单极化vivaldi天线十字交叉来实现探头双极化馈电，每个单极化viv...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗俊刚，乔兆龙，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11