基于双频漏波结构的相控阵天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双频漏波结构的相控阵天线，包括：天线点阵，包括多个双频漏波辐射单元，用于接收和发射电磁信号；放大器层，包括多个放大器，所述放大器与所述双频漏波辐射单元连接，用于对所述电磁信号进行放大；移相器层，包括多个移相器，所述移相器与所述双频漏波辐射单元连接，用于控制相控阵天线口径面的相位分布；过渡层，用于实现所述双频漏波辐射单元和放大器之间的电气连接；多路功分网络层，与所述移相器连接，用于对所述双频漏波辐射单元进行幅度分配。本发明专利技术在紧凑的尺寸上实现了相控阵天线的双频段/双极化共口径设计，天线系统尺寸大幅降低。天线系统尺寸大幅降低。天线系统尺寸大幅降低。

【技术实现步骤摘要】
基于双频漏波结构的相控阵天线


[0001]本专利技术涉及相控阵天线，特别是涉及一种基于双频漏波结构的相控阵天线。

技术介绍

[0002]电子扫描相控阵天线（ESA）是天线技术的一个巨大飞跃，它包含大量独立天线单元，通过调整每一个独立天线单元射频信号的相位，可快速调整波束指向，实现波束扫描、方向图赋形、多波束跟踪等功能。相控阵天线特别适用于微波和毫米波频段，相比其他的天线概念，具有波束扫描速度快、跟踪精度高、结构紧凑、低轮廓、可靠性高以及功能丰富等优势。
[0003]常规的相控阵天线通常是单频段，或者收/发分离的，其应用往往受到诸多限制。例如，在现代雷达应用中，为了提高发现距离和跟踪精度，增强系统的抗电磁干扰能力，通常要求雷达具备双频段能力。例如，在低轨卫星通信领域，为了降低天线的尺寸和制造成本，提高系统集成度，也需要相控阵天线具备收/发共口径能力。
[0004]有许多方法可以实现相控阵的双频段工作功能，例如基于微带阵列的双频段相控阵，基于超宽带理论的宽带相控阵等。不过，上述天线架构虽然可以实现双频段功能，但其性能受到诸多限制。
[0005]例如，基于微带阵列的双频带相控阵通常有两种实现方式。第一种是采用宽带阵列单元，覆盖收/发频段，如Ku频段，实现双频带功能，这种设计的缺陷是扫描能力受到最高工作频率的限制，且不能跨波段应用。另一种是将高频阵列单元嵌入至低频阵列单元间的空隙，利用稀布阵列实现双频带功能，这种方法的优点是可以实现跨波段应用，如S/X，Ku/Ka等，缺点是高频段不能满阵排布，口径效率非常低，且高频段阵列的布局对低频段阵列的性能也会造成影响。
[0006]例如，基于超宽带理论的宽带相控阵，比如Vivaldi阵列，扫描能力受到最高工作频率的限制，工作频带内的口径效率普遍不高。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的一项或多项不足，提供一种基于双频漏波结构的相控阵天线。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：基于双频漏波结构的相控阵天线，包括：天线点阵，包括多个双频漏波辐射单元，用于接收和发射电磁信号；放大器层，包括多个放大器，所述放大器与所述双频漏波辐射单元连接，用于对所述电磁信号进行放大；移相器层，包括多个移相器，所述移相器与所述双频漏波辐射单元连接，用于控制相控阵天线口径面的相位分布；过渡层，所述过渡层用于实现所述双频漏波辐射单元和放大器之间的电气连接；
多路功分网络层，与所述移相器连接，用于对所述双频漏波辐射单元进行幅度分配。
[0009]优选的，所述双频漏波辐射单元包括彼此独立的两个电磁辐射通道，所述两个电磁辐射通道正交设置。
[0010]优选的，所述两个电磁辐射通道的尺寸不相同。
[0011]优选的，所述双频漏波辐射单元包括两个正交隔离的辐射缝隙，所述辐射缝隙由金属材料或表面电镀的非金属材料围成。
[0012]优选的，所述双频漏波辐射单元为一级台阶结构或多级台阶结构。
[0013]优选的，所述过渡层设置在天线点阵和放大器层之间。
[0014]优选的，所述过渡层包括多个波导结构，或者，所述过渡层包括多个SIW结构。
[0015]优选的，所述过渡层通过同轴探针或垂直金属过孔与放大器层连接。
[0016]优选的，所述移相器层位于所述过渡层和多路功分网络层之间，或者，所述多路功分网络层位于所述过渡层和移相器层之间优选的，所述移相器层中移相器的数量小于所述天线点阵中双频漏波辐射单元的数量。
[0017]本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术在紧凑的尺寸上实现了相控阵天线的双频段/双极化共口径设计，天线系统尺寸大幅降低；（2）本专利技术采用高隔离度的馈电设计和极化隔离，各个频段可以独立设计，互不干扰，可实现跨频段应用；（3）本专利技术在不考虑旁瓣抑制的条件下，双频漏波结构可实现超过90%的口径效率，大大减小实现所需性能指标的相控阵天线的通道数量和硬件成本；（4）本专利技术采用多层平面结构设计，轮廓低，加工/装配简单，易于与其他射频电路集成；（5）不同于缝隙天线和贴片天线，双频漏波辐射单元是非谐振天线，工作带宽宽，特别适合于宽带应用；（6）本专利技术的基于双频漏波结构的相控阵天线可用于单频段圆极化应用，也可以用于双频段/双极化应用，可实现一维扫描应用，也适合于二维扫描应用，适合宽带应用，也适合跨频段设计，功能扩展性强。
附图说明
[0018]图1为基于双频漏波结构的相控阵的电气结构示意图；图2为基于双频漏波结构的相控阵天线的不同布局示意图；图3为双频漏波辐射单元的一种实施例的示意图；图4为图3中双频漏波辐射单元的剖面视图；图5为图3中双频漏波辐射单元的一个极化方向的S11系数示意图；图6为图3中双频漏波辐射单元相关的一个相控阵天线结构示意图；图7为图6中基于双频漏波辐射单元的相控阵天线的辐射方向图；图8为双频漏波辐射单元的又一种实施例的示意图；
图9为图6中双频漏波辐射单元的剖面视图；图10为基于双频漏波结构的相控阵天线的一种3D辐射方向图；图11为基于双频漏波结构的相控阵天线的典型多层结构布局示意图；图12为含馈电接口的双频漏波辐射单元阵列的一种局部示意图；图13为含馈电接口的双频漏波辐射单元阵列的又一种局部示意图；图中，110—天线点阵，110i—双频漏波辐射单元，110i
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a—第一独立结构，110i
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b—第二独立结构，110i
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c—第三独立结构，110i
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d—第四独立结构，120—过渡层，130—放大器层，130i—放大器，140—移相器层，140i—移相器，150—多路功分网络层，160—变频及信号处理单元，311—第一层PCB板，312—第二层PCB板，313—第一接地面，314—垂直过孔，315—第二接地面，316—第三接地面，421—第一馈电端口，422—第二馈电端口，423—第三馈电端口，424—第四馈电端口，520a—第一波导端口组，520b—第二波导端口组。
具体实施方式
[0019]下面将结合实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。
[0020]参阅图1
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图13，本实施例提供了一种基于双频漏波结构的相控阵天线：如图1所示，基于双频漏波结构的相控阵天线，包括天线点阵110、过渡层120、放大器层130、移相器层140和多路功分网络层150。
[0021]所述相控阵天线用于向一个特定的指向发射或接收一个特定形状的波束，这个波束可能指向法向，也可能在偏离法向的方向。所述相控阵天线的波束形状和指向由双频漏波辐射单元110i阵列的幅度分布以及移相器140i控制。所述相控阵天线可以是一个多波束系统，每个波束可以工作在不同的频率、极化或者波束指向。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于双频漏波结构的相控阵天线，其特征在于，包括：天线点阵，包括多个双频漏波辐射单元，用于接收和发射电磁信号；放大器层，包括多个放大器，所述放大器与所述双频漏波辐射单元连接，用于对所述电磁信号进行放大；移相器层，包括多个移相器，所述移相器与所述双频漏波辐射单元连接，用于控制相控阵天线口径面的相位分布；过渡层，用于实现所述双频漏波辐射单元和放大器之间的电气连接；多路功分网络层，与所述移相器连接，用于对所述双频漏波辐射单元进行幅度分配。2.根据权利要求1所述的基于双频漏波结构的相控阵天线，其特征在于，所述双频漏波辐射单元包括彼此独立的两个电磁辐射通道，所述两个电磁辐射通道正交设置。3.根据权利要求2所述的基于双频漏波结构的相控阵天线，其特征在于，所述两个电磁辐射通道的尺寸不相同。4.根据权利要求1所述的基于双频漏波结构的相控阵天线，其特征在于，所述双频漏波辐射单元包括两个正交隔离的辐射缝隙，所述辐射缝隙由金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：江科，钟佩岑，
申请(专利权)人：四川安迪科技实业有限公司，
类型：发明
国别省市：