一种天线单元、阵列天线及水流测速雷达制造技术

本发明专利技术公开了一种天线单元、阵列天线及水流测速雷达，其中天线单元包括介质基板以及设置在介质基板上的匹配巴伦、辐射振子臂、微带馈线和匹配网络；所述微带馈线与匹配网路连接；所述匹配巴伦为一金属层，在所述金属层上开有用于电磁耦合馈电的缝隙；所述匹配巴伦为开槽的金属层；所述辐射振子臂位于所述匹配巴伦上端两侧；在所述辐射振子臂上加载有分布式电阻。与现有技术相比，本发明专利技术阵列天线可以实现290MHz

【技术实现步骤摘要】
一种天线单元、阵列天线及水流测速雷达


[0001]本专利技术涉及天线
，具体涉及一种应用于水流测速雷达的阵列天线及水流测速雷达。

技术介绍

[0002]水流测速雷达主要利用水浪对雷达电磁波的后向布拉格散射及多普勒效应获得径向流速信息。UHF雷达波长约880mm，能同时提取水浪毛细波和重力波信息，与水浪作用敏感，得以实现江河表面流速的精细测量。
[0003]在水流测速雷达系统中，天线起到辐射和接收电磁波的作用。传统的偶极子天线频带窄，对射频电磁场的测量灵敏度、探测效率有很大的限制；而常用的八木天线阵列剖面太高、有源驻波不易调节、系统复杂，且风阻系数较大。一款性能优良的应用于水流测速雷达的阵列天线应具有波瓣宽度窄、副瓣电平低、工作频带宽、增益高、回波损耗小的指标要求。在满足上述指标要求的前提下，需要天线阵列尽可能地降低剖面高度、减小风阻系数、减轻系统重量及体积，降低系统复杂性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了天线单元、阵列天线及水流测速雷达。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种天线单元，包括介质基板以及设置在介质基板上的匹配巴伦、辐射振子臂、微带馈线和匹配网络；所述微带馈线与匹配网路连接；所述匹配巴伦为一金属层，在所述金属层上开有用于电磁耦合馈电的缝隙；所述匹配巴伦为开槽的金属层；所述辐射振子臂位于所述匹配巴伦上端两侧；其特征在于，在所述辐射振子臂上加载有分布式电阻。
[0007]一种阵列天线，其特征在于，包括反射面、功分器、波束成型器以及所述的天线单元；所述天线单元固定在所述反射面上，所述天线单元与所述功分器相连接；所述功分器在与所述波束形成器相连接。
[0008]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：
[0009]1.本专利技术天线单元，通过在印刷偶极子天线上进行分布式电阻加载的设计，在牺牲很小辐射效率的前提下，实现了天线单元无源驻波带宽的大幅度扩展，并显著减小脉冲拖尾幅度。
[0010]2.本专利技术天线单元，通过设计伞形振子臂，实现了风阻系数的降低，减小了阵列垂直方向上天线单元的间距，并且由于采用印刷偶极子形式的天线单元，相比较于八木天线阵列等传统天线阵列大大降低了剖面高度。
[0011]3.本专利技术阵列天线，通过合理地调整匹配网络微带线的宽度及振子臂的长度，并配合隔离条的加载，在特定水平方向功分比及垂直方向幅相加权的馈电网络中实现有源驻波频带宽度的扩展，整体有源驻波小于2的频带范围达到290MHz～390MHz。
[0012]4.本专利技术阵列天线，通过设计水平方向切比雪夫加权的不等功分器，实现了水平方向图副瓣电平的降低，使得SLL＞20dB。
[0013]5.本专利技术阵列天线，通过金属网格反射面的挖空设计，实现了天线阵列整体重量的减轻。
[0014]6.本专利技术阵列天线，主要利用由接收模块、波束形成器、自适应波束形成控制器及控制模块构成的垂直方向数字波束形成器，实现了垂直方向数字波束赋形的功能，可以灵活根据现场测试环境及接受到的回波进行加权移相，使得接收增益集中于一个方向上，提高空间分辨率。
附图说明
[0015]图1所示为本专利技术一种应用于水流测速雷达的阵列天线正面三维结构图；
[0016]图2所示为本专利技术一种应用于水流测速雷达的阵列天线反面三维结构图；
[0017]图3所示为印刷偶极子天线单元正面结构图；
[0018]图4所示为印刷偶极子天线单元反面结构图；
[0019]图5为未加载电阻时的天线单元驻波曲线及加载电阻后的天线单元驻波曲线对比图；
[0020]图6为加载分布式电阻与未加载分布式电阻的天线单元辐射波形图；
[0021]图7为水平方向功分器结构示意图；
[0022]图8本专利技术阵列天线在340MHz频点的H面方向图；
[0023]图9为垂直方向数字波束形成器基本原理结构框图；
[0024]图10为特定波束赋形条件下本专利技术阵列天线在340MHz频点的E面方向图；
[0025]图11为本专利技术阵列天线中间两单元有源驻波和八木天线中间两单元有源驻波的实测结果图；
[0026]图12示出了本专利技术阵列天线系统驻波实测结果图。
具体实施方式
[0027]图1
‑
2所示为一种阵列天线，可应用于水流测速雷达，包括印刷偶极子天线单元1、金属网格反射面2、水平方向功分器3、垂直方向波束成形器4和隔离条5。隔离条通过螺丝固定在金属网格反射面的固定挡板上，起到调整天线单元间互耦的作用，扩展有源驻波带宽。水平方向功分器与垂直方向数字波束形成器放置于金属网格反射面的另一侧，根据实际测试场地装配条件，也可灵活地将数字波束形成器放置于雷达主机机箱内部。印刷偶极子天线单元在水平方向通过柔性射频线缆与水平方向功分器相连接；水平方向功分器在垂直方向通过柔性射频线缆与垂直方向数字波束形成器相连接。水平方向功分器，用于降低水平方向图副瓣电平。垂直方向波束形成器，用于特定的空间波束赋形，例如在一种使用条件下，可以使得垂直方向电磁能量集中于法向方向至下倾20
°
的范围内。
[0028]本专利技术天线阵列用于发射及接收290MHz至390MHz的垂直极化空间电磁波。
[0029]隔离条位于水平方向上两个所述印刷偶极子天线单元振子臂末端连线的中点附近，隔离条由垂直于金属网格反射面的垂直面及平行于金属网格反射面的水平面构成。隔离条垂直面高度为0.05λ1～0.15λ1，长度为0.05λ1～0.15λ1；隔离条水平面长度为0.05λ1～
0.15λ1，宽度为0.05λ1～0.1λ1，其中λ1为340MHz真空波长。值得强调的是，由于实际加工误差及测试环境的影响，隔离条不必全部加载，只需要根据现场测试结果加载一部分即可。
[0030]在一个实施例中，图1所示，为一种4
×
6面阵印刷偶极子垂直极化阵列天线，共24个天线单元，水平方向间距为0.3λ1～0.7λ1，垂直方向间距为0.4λ1～0.8λ1，其中λ1为340MHz真空波长。
[0031]印刷偶极子天线单元1通过带有塑料插槽的金属底盘固定在金属网格反射面2上方，水平方向功分器3由通过螺丝固定在金属网格反射面2下方，垂直方向数字波束形成器4通过螺丝固定在金属网格反射面2下方，印刷偶极子天线单元1通过柔性射频线缆与水平方向功分器3连接，水平方向功分器3通过柔性射频线缆与垂直方向数字波束成形器4连接。隔离条5通过螺丝固定在金属网格反射面2的固定挡板上。
[0032]图3
‑
4示出了印刷偶极子天线单元的结构图。印刷偶极子天线单元1包括介质基板11、微带馈线12、匹配网络13、匹配巴伦14及辐射振子臂15。
[0033]在一个实施例中，天线单元还包括天线罩16。天线罩16位于介质基板、匹配巴伦、辐射振子臂、微带馈线和匹配网络的外侧，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天线单元，包括介质基板以及设置在介质基板上的匹配巴伦、辐射振子臂、微带馈线和匹配网络；所述微带馈线与匹配网路连接；所述匹配巴伦为一金属层，在所述金属层上开有用于电磁耦合馈电的第一缝隙；所述辐射振子臂位于所述匹配巴伦上端两侧；其特征在于，在所述辐射振子臂上加载有分布式电阻。2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：所述辐射振子臂为倾斜向下的平行四边形，所述匹配巴伦形状为矩形，所述缝隙开始在矩形的上端中间位置，两个所述振子臂与匹配巴伦形成伞状结构；在所述辐射振子臂上各开设有至少1个与匹配巴伦平行的第二缝隙，所述分布式电阻设置在第二缝隙内。3.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于：每个振子臂上的第二缝隙的个数为N，在每个第二缝隙内设置有一列由多个贴片并联加载的分布式电阻，N列分布式电阻的并联阻值分别为：其中，i取值0～N
‑
1；R0为加载起始处的电阻值；R
i
为加载的阻值；A为常数，取10～20；L为伞形天线的单臂长度；y0为起始加载点与馈电点之间的间距；y
i
为加载点i与馈电点之间的间距。4.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于：所述匹配网络由第一微带线匹配段、第二微带线匹配段及第三开路微带线匹配段构成，第一微带线匹配段与微带馈线连接；第二微带线匹配段为一折弯段，第三开路微带线匹配段与第一微带线匹配段平行。5.一种阵列天线，其特征在于，包括反射面、功分器、波束成型器以及权利要求1
‑
4任一所述的天线单元；所述天线单元固定在所述反射面上，所述天线单元与所述功分器相连接；所述功分器在与所述波束形成器相连接。6.根据权利要求5所述的阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹振新，马境泽，许湘剑，袁红泉，
申请(专利权)人：江苏雨能水利工程有限公司，
类型：发明
国别省市：