具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元制造技术

本发明专利技术涉及一种具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元，包括带状线印制板、T形金属隔离杆、金属压块、L形金属固定块以及同轴连接器。其中，带状线印制板包括顶层覆铜、顶层介质基板、金属化通孔、中间层馈线、底层介质基板以及底层覆铜，作为天线单元的辐射体；T形金属隔离杆由一对平行设置的金属杆组成，位于带状线印制板两侧且与带状线印制板位置平行；金属压块和L形金属固定块用于固定带状线印制板和同轴连接器；同轴连接器的内导体与中间层馈线底部连接，为天线单元提供信号馈入。本发明专利技术具有40％相对工作带宽，可满足方位±45°、俯仰±30°两维相扫功能需求，具备宽带宽扫特性，适合于X波段两维有源相控阵天线的阵列单元。

【技术实现步骤摘要】
具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元
本专利技术属于有源相控阵天线
，具体涉及一种具有宽带宽扫特性的天线单元，适用于X波段宽带宽扫两维有源相控阵天线系统。
技术介绍
带状线Vivaldi天线具有较宽的阻抗匹配特性和优良的交叉极化性能，且能够直接与特性阻抗为50Ω的同轴线或连接器互联，而不需要额外匹配网络。因此，带状线Vivaldi天线是宽带宽扫两维有源相控阵所采用的主要单元类型。但是，带状线Vivaldi天线作为两维有源相控阵天线单元时，必须注意以下问题：H面扫描盲点现象带状线Vivaldi天线的顶层覆铜、底层覆铜和天线反射地板构成的腔体(即介质基板填充的区域)内存在的某些模式，可能会引起阵列天线进行扫描时的阻抗异常现象和扫描盲点，这种异常现象在阵列天线进行H面扫描时尤为显著。随着E面单元间距的减小，Vivaldi天线单元出现阻抗异常现象的可能性会逐渐升高。E面扫描盲点现象为了避免Vivaldi天线单元组成的阵列在进行宽角扫描时出现方向图栅瓣和扫描盲区效应，阵列单元间距应小于最小工作波长的1/2。相关文献研究表明，H面单元间距大于1/2最小工作波长的Vivaldi阵列天线在进行E面扫描时，存在于H面阵列单元之间空气区形成域的平行板模(Parallel-PlateMode)将引起阻抗异常现象，导致E面扫描盲区出现，这是由Vivaldi阵列天线自身的结构特点决定的。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，为了有效地抑制两维有源相控阵天线可能出现的扫描盲点效应，以带状线Vivaldi天线为基础进行改进设计，本专利技术提出了一种具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元。技术方案一种具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元，其特征在于包括带状线印制板、T形金属隔离杆、金属压块、L形金属固定块和同轴连接器；所述的带状线印制板依次包括顶层覆铜、顶层介质基板、金属化通孔、中间层馈线、底层介质基板和底层覆铜，顶层覆铜和底层覆铜结构相同，在顶层覆铜的中心线上开有圆形槽线、矩形槽线、渐变槽线，圆形槽线、矩形槽线、渐变槽线依次连接，金属化通孔分布于由沿着中间层馈线、圆形槽线、矩形槽线、渐变槽线的边缘均匀分布的通孔组成，贯穿了顶层介质基板和底层介质基板，并且将顶层覆铜和底层覆铜短路处理；所述的T形金属隔离杆由一对平行设置的金属杆组成，位于带状线印制板两侧对称设置且与带状线印制板位置平行，底部分别固定在金属压块和L形金属固定块上表面；所述的金属压块和L形金属固定块用于固定带状线印制板和同轴连接器；所述的同轴连接器的内导体与中间层馈线底部连接。所述的T形金属隔离杆高度为0.5λ0。所述的金属化通孔的直径为0.4mm。所述的顶层介质基板和底层介质基板的上边缘中间位置进行了切豁处理，介质豁口为两级U形台阶。有益效果本专利技术提出的一种具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元，具有如下技术效果：1、本专利技术提出的盲点抑制方法，可以有效地抑制带状线Vivaldi天线单元组阵后的扫描盲点现象。2、本专利技术提出的带状线Vivaldi天线单元可以满足X波段宽带宽扫两维有源相控阵的技术需求。3、本专利技术提出的带状线Vivaldi天线单元剖面低、易加工、结构紧凑，易于组阵，并且具有40％相对工作带宽(8～12GHz)，可满足方位±45°、俯仰±30°两维相扫要求。附图说明图1为所提出的带状线Vivaldi天线单元结构图图2为带状线天线印制板结构图图3为带状线天线印制板爆炸图图4为宽带宽扫相控阵天线子阵结构图图5为金属压条结构图图6为A型四元线阵结构图图7为B型四元线阵结构图在附图和书面说明中，标号指示本专利技术的各个部件，在所有附图和整个书面说明中，相同的标号表示相同的部件。具体来说，以上图中标号解释为：1-带状线印制板，2-T形金属隔离杆，3-金属压块，4-L形金属固定块，5-同轴连接器，11-顶层覆铜，12-顶层介质基板，13-金属化通孔，14-中间层馈线，15-底层介质基板，16-底层覆铜，17-圆形槽线，18-矩形槽线，19-渐变槽线，20-介质豁口，21-金属压条。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：带状线Vivaldi天线的设计可以通过控制渐变锥削槽中表面波的传播状况，来获得良好的电气性能。天线的几何长度、口径尺寸、锥削槽的形状以及介质基板的介电常数、厚度和形状等参数决定表面波在锥削槽中的传播状况，进而影响天线的阻抗特性和辐射特性。为了实现8～12GHz频段内，方位(E面)±45°、俯仰(H面)±30°两维宽角扫描特性，带状线Vivaldi天线单元的间距可以依据下式进行确定：式中：λmin—最高工作频率对应波长，(mm)；θmax—最大电扫描角，(°)。按最高工作频率12GHz计算，则天线单元E面间距14.5mm、H面间距16.5mm，显然大于1/2最小工作波长12.5mm。根据前述
技术介绍
分析，必须采取措施进行盲点抑制。为此，本专利技术采取了以下方案进行抑制，分别是：1.H面盲点抑制方法在Vivaldi天线单元带状线印制板上，沿着中间层馈线、圆形槽线、矩形槽线、渐变槽线的边缘均匀设置一组金属化过孔，贯穿了顶层介质基板和底层介质基板，并且将顶层覆铜和底层覆铜短路处理。这样可以有效地抑制不期望的平行板模，以避免这种阻抗异常现象的发生。除了在一定程度上可抑制阵列天线扫描盲区外，还可有效地保证带状线顶层覆铜和底层覆铜良好接地。2.E面盲点抑制方法在带状线Vivaldi天线单元的两侧位置对称设置T形金属隔离杆，其可等效于减少了H面的单元间距，以此组阵可以提高单元间的隔离度，利于E面扫描盲区的抑制。在Vivaldi天线单元带状线印制板的顶层介质基板和底层介质基板上边缘中间位置进行了切豁处理，介质豁口为两级U形台阶且豁口最窄处为1.5mm。由于天线单元的电场能量主要是通过介质豁口向上传播的，并在介质豁口的阶梯处展开能量。这种“集束型”传播方式可以有效地约束电场分布，改善天线单元在阵列中的耦合响应，降低天线单元的有源反射系数，很大程度上降低了阵列扫描时不同天线单元的电场出现反相叠加的概率，进而一定程度上也利于抑制阵列扫描盲区的出现。本专利技术的具体结构：一种具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元，包括带状线印制板1、T形金属隔离杆2、金属压块3、L形金属固定块4以及同轴连接器5；所述的带状线印制板1包括顶层覆铜11、顶层介质基板12、金属化通孔13、中间层馈线14、底层介质基板15以及底层覆铜16；所述的T形金属隔离杆2由一对平行设置的金属杆组成，位于带状线印制板1两侧且与带状线印制板1位置平行；所述的金属压块3和L形金属固定块4用于固定带状线印制板1和同轴连接器5；所述的同轴连接器5的内导体与中间层馈线14底部连接；所述的天线单元工作频率为X波段8～12GHz，中心频率10GHz对应波长λ0为30mm。T形金属隔离杆2位于带状线印制板1两侧位置对称设置，底部分别固定在金属压块3和L形金属固定块4上表面，高度约为0.5λ0。金属化通孔13由沿着中间层馈线14、圆形槽线17、矩形槽线18、渐变槽线19的边缘均匀分布的一组直径为0.4mm的通孔组成，贯穿了顶层介质基板12和底层介质基板15，并且将顶层覆铜11和底层覆铜16短路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元，其特征在于包括带状线印制板(1)、T形金属隔离杆(2)、金属压块(3)、L形金属固定块(4)和同轴连接器(5)；所述的带状线印制板(1)依次包括顶层覆铜(11)、顶层介质基板(12)、金属化通孔(13)、中间层馈线(14)、底层介质基板(15)和底层覆铜(16)，顶层覆铜(11)和底层覆铜(16)结构相同，在顶层覆铜(11)的中心线上开有圆形槽线(17)、矩形槽线(18)、渐变槽线(19)，圆形槽线(17)、矩形槽线(18)、渐变槽线(19)依次连接，金属化通孔(13)分布于由沿着中间层馈线(14)、圆形槽线(17)、矩形槽线(18)、渐变槽线(19)的边缘均匀分布的通孔组成，贯穿了顶层介质基板(12)和底层介质基板(15)，并且将顶层覆铜(11)和底层覆铜(16)短路处理；所述的T形金属隔离杆(2)由一对平行设置的金属杆组成，位于带状线印制板(1)两侧对称设置且与带状线印制板(1)位置平行，底部分别固定在金属压块(3)和L形金属固定块(4)上表面；所述的金属压块(3)和L形金属固定块(4)用于固定带状线印制板(1)和同轴连接器(5)；所述的同轴连接器(5)的内导体与中间层馈线(14)底部连接。...

【技术特征摘要】
1.一种具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元，其特征在于包括带状线印制板(1)、T形金属隔离杆(2)、金属压块(3)、L形金属固定块(4)和同轴连接器(5)；所述的带状线印制板(1)依次包括顶层覆铜(11)、顶层介质基板(12)、金属化通孔(13)、中间层馈线(14)、底层介质基板(15)和底层覆铜(16)，顶层覆铜(11)和底层覆铜(16)结构相同，在顶层覆铜(11)的中心线上开有圆形槽线(17)、矩形槽线(18)、渐变槽线(19)，圆形槽线(17)、矩形槽线(18)、渐变槽线(19)依次连接，金属化通孔(13)分布于由沿着中间层馈线(14)、圆形槽线(17)、矩形槽线(18)、渐变槽线(19)的边缘均匀分布的通孔组成，贯穿了顶层介质基板(12)和底层介质基板(15)，并且将顶层覆铜(11)和底层覆铜(16)短路处理；所述的T形金属隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚兵，赵交成，姜世波，高坤，郑慕昭，
申请(专利权)人：西安电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61