一种紧凑型毫米波单脉冲天线制造技术

该发明专利技术公开了一种紧凑型毫米波单脉冲天线，属于天线技术领域。本发明专利技术天线包括馈源、主反射面、副反射面、支撑结构以及和差网络。其中主反射面与副反射面均使用了平面反射阵列天线，并且和差网络也是平面结构，因此，与传统的单脉冲天线相比，本发明专利技术的单脉冲天线具有体积小、重量轻、易于与其它集成化高频元部件相连接的优点。

Compact millimeter wave monopulse antenna

The invention discloses a compact millimeter wave monopulse antenna, which belongs to the technical field of antennas. The antenna of the invention comprises a feed, a main reflecting surface, a secondary reflecting surface, a supporting structure and a difference network. The main reflector and subreflector using a reflectarray antenna, and poor network is a planar structure, therefore, compared with the traditional single pulse antenna, monopulse antenna of the invention has the advantages of small size, light weight, easy to connect with other integrated high frequency components.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天线
，具体涉及一种紧凑型毫米波单脉冲天线，可用于减小传统单脉冲天线的体积、质量，提高单脉冲天线与系统的集成度。
技术介绍
毫米波属于微波与远红外波相交叠的波长范围，它具有特有的大气传输特性、可利用的频带宽以及毫米波波长短三大特点。特有的大气传输特性使得毫米波天线利用大气窗口传播时衰减小，受自然光和热辐射源影响小；可利用频带宽利于毫米波天线降低多径效应和抑制杂波影响，增强系统的抗干扰能力；毫米波波长短，意味着在相同天线尺寸下毫米波天线波束要比微波天线的波束窄得多，即毫米波天线可提供更高精度的分辨力。单脉冲天线是在二战后出现并在五六十年代迅速发展起来的一种精密跟踪天线。单脉冲天线能同时提供多个波束，利用单个脉冲回波形成探测目标距离并进行距离跟踪的和波束，以及两个探测目标的方位角和俯仰角信息并进行角跟踪的差波束。当目标位置恰好位于和波束最大值方向上，则差波束接收的信号非常弱(接近于零)。当目标位置发生改变，则差波束接收的信号由弱变强。因此，可根据差信号变化情况来驱动伺服机构，使天线在方位或者俯仰方向上转动直到和波束的最大值方向对准目标，从而实现目标的跟踪。卡塞格伦天线是单脉冲天线最常用的形式之一，其基本结构包括馈源、主反射面、副反射面、支撑结构以及和差网络。其基本工作原理是利用两个反射面将入射的平行射线聚焦于一点。与单反射面的抛物面天线相比,卡塞格伦天线具有轴向尺寸短、噪声温度低、维修调整方便及有效焦距长等突出优点。专利号为CN201210330178.3，题目为一种W波段单脉冲卡塞格伦天线的设计方法提出了一种传统单脉冲天线的设计方法。基于该方法所设计的单脉冲天线虽然有利于克服传统圆锥扫描和顺序波束转换对回波幅度起伏敏感、跟踪误差大以及W波段天线难与系统集成的缺点。但是所涉及的抛物面天线笨重、体积庞大，且波导结构的和差网络结构复杂，使单脉冲天线加工成本大，不利于紧凑化设计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统单脉冲天线形体笨重、体积庞大、难于与其它集成化高频元部件相连接等缺点，提出了一种紧凑型毫米波单脉冲天线。本专利技术采用如下技术方案：一种紧凑型毫米波单脉冲天线，包括馈源、主反射面、副反射面、支撑结构以及和差网络。所述支撑结构包括主反射面衬底、副反射面衬底、以及固定两者的支撑杆、以及和差网络衬底。所述主反射面为中心开口的圆形平面反射阵列天线，且固定于主反射面衬底上。所述副反射面为设置于主反射面正上方的平面反射阵列天线，通过副反射面衬底固定。所述馈源为喇叭天线，设置于主反射面中心开口处，通过法兰连接后端的和差网络衬底，并使馈源保持正馈的馈电方式。所述和差网络采用基片集成波导的形式，和差网络放置于两和差网络衬底之间，并固定于主反射面衬底背面，为单脉冲天线提供和差信号。所述主反射面天线与副反射面天线由双层介质板组成，包括从上至下依次贴合的第一金属层、第一介质层、第二金属层、以及第二介质层，其中两金属层由若干方形贴片周期排列组成，贴片尺寸及分布通过空间相位差计算得到。本专利技术中主反射面与副反射面均采用平面反射阵列天线，而平面反射阵列天线基本结构是由大量无源谐振单元组成的周期性阵列，当馈源将电磁波辐射到平面周期反射阵面上，反射阵面上各个谐振单元结构的不同可以补偿空间相位差，以使得反射波在预定辐射方向的垂直面上实现等相位叠加，形成高增益的笔形波束。其中单元补偿空间相位差的方式主要有改变谐振单元本身尺寸、改变谐振单元的旋转角度以及改变谐振单元所连接的相位延迟线长度。和差网络是采用基片集成波导技术设计而成，它是在介质基片上制作两排等间距的金属化通孔，介质基片的上下金属面与两排金属化通孔之间形成一个类似矩形波导的结构，电磁波就在两排金属通孔与介质基片上下表面所围成的矩形区域里传播。改变金属化通孔位置、增加或者减小金属化通孔数量等方式可形成一定数量的移相器和耦合器，通过优化设计移相器与耦合器的摆放位置可设计得到和差网络。相比于现有技术，本专利技术的有益效果：(1)由于本专利技术的主反射面与副反射面均使用了平面反射阵列天线，和差网络也是平面结构，因此，与传统的单脉冲天线相比，本专利技术的单脉冲天线的体积小、重量轻。(2)制造精度高、加工成本低、可以批量生产。相比于金属波导制作加工和开槽工艺，成熟的PCB、LTCC等制造工艺不仅使其加工成本大幅度降低，同时也提高了制造精度，这就保证了本专利技术的单脉冲天线加工成品容易满足设计要求，不需要对加工过程中出现的误差进行修正，为大规模批量生产提供了可能性。(3)和差网络采用基片集成波导形式，并使用标准波导进行馈电，馈电损耗适中并且易于与天线装置后端模块进行电气和结构连接，大大提高了单脉冲天线的集成度。附图说明图1.本专利技术具体实施例中紧凑型单脉冲天线整体示意图。图2.本专利技术具体实施例中紧凑型单脉冲天线侧视图。图3.本专利技术具体实施例中紧凑型单脉冲天线背视图。图4.本专利技术具体实施例中四喇叭馈源总体结构图。图5.本专利技术具体实施例中平面反射阵列天线单元结构图。图6.本专利技术具体实施例中紧凑型单脉冲天线主反射面第一金属层中单元分布示意图。图7.本专利技术具体实施例中紧凑型单脉冲天线主反射面第二金属层中单元分布示意图。图8.本专利技术具体实施例中紧凑型单脉冲天线副反射面第一金属层中单元分布示意图。图9.本专利技术具体实施例中紧凑型单脉冲天线副反射面第二金属层中单元分布示意图。图10.本专利技术具体实施例中紧凑型单脉冲天线和差网络结构示意图。图11.本专利技术具体实施例中紧凑型单脉冲天线和波束在频点35GHz时方向图。图12.本专利技术具体实施例中紧凑型单脉冲天线方位差波束与俯仰差波束在频点35GHz处方向图。附图标号说明：1.主反射面；2.支撑杆；3.副反射面；4.单脉冲馈源；5.和差网络；6.和差网络衬底；7.主反射面衬底；8.副反射面衬底；9.固定安装孔；10.销钉孔；11.第一金属层；12.第一介质层；13.第二金属层；14.第二介质层；15.90°移相器；16.3dB耦合器；17.和差网络和端口；18.和差网络俯仰差端口；19.和差网络方位差端口；20.和差网络吸收负载端口。具体实施方式为了更好的说明本专利技术的目的和优点，下面结合附图和具体实施方式对本
技术实现思路
作进一步说明。本专利技术以Ka波段、主反射面口径为170mm、副反射面口径为48mm的紧凑型单脉冲天线为例对本
技术实现思路
做具体说明。参见图1、图2以及图3，本实施例的紧奏型单脉冲天线由主反射面1、支撑结构、副反射面3、馈源4、和差网络5构成。支撑结构包括和差网络衬底6、主反射面衬底7、副反射面衬底8、以及固定连接两者的三根支撑杆2。所述主反射面1固定于主反射面衬底7上，中心处设有口径为40mm的孔，用于馈源4与和差网络5连接。和差网络5放置于两和差网络衬底6之间，并通过螺钉固定于主反射面衬底7的背面。副反射面3贴合于副反射面衬底8上，位于主反射面1正上方52mm处。主反射面1和副反射面3均采用平面反射阵列天线，考虑到改变单元尺寸来补偿单元相位，不仅具有更优的宽带和多极化性能，辐射效率高，同时仿真设计和加工也较为简单，因此，本实施案例中阵列单元补偿相位方式选择改变谐振单元本身尺寸，并且所涉及单元具有双层结构，这样不仅可使单元所需的移相特性，而且有利于增大天线带宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑型毫米波单脉冲天线，包括馈源、主反射面、副反射面、支撑结构以及和差网络，其特征在于：所述支撑结构包括主反射面衬底、副反射面衬底、固定两者的支撑杆、以及和差网络衬底；所述主反射面为中心开口的圆形平面反射阵列天线，且设置于主反射面衬底上；所述副反射面为设置于主反射面正上方的平面反射阵列天线，通过副反射面衬底固定；所述馈源为喇叭天线，设置于主反射面中心开口处，通过法兰连接后端的和差网络衬底，并且馈源保持正馈的馈电方式；所述和差网络采用基片集成波导的形式，和差网络放置于两和差网络衬底之间，并固定于主反射面衬底背面，为单脉冲天线提供和差信号。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型毫米波单脉冲天线，包括馈源、主反射面、副反射面、支撑结构以及和差网络，其特征在于：所述支撑结构包括主反射面衬底、副反射面衬底、固定两者的支撑杆、以及和差网络衬底；所述主反射面为中心开口的圆形平面反射阵列天线，且设置于主反射面衬底上；所述副反射面为设置于主反射面正上方的平面反射阵列天线，通过副反射面衬底固定；所述馈源为喇叭天线，设置于主反射面中心开口处，通过法兰连接后端的和差网络衬底，并且馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，赵加宁，李天明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51