基于集总元件构成匹配网络的紧耦合相控阵天线制造技术

本发明专利技术公开一种基于集总元件构成匹配网络的紧耦合相控阵天线，包括天线阵元和反射板，天线阵元中包括辐射贴片第一耦合片、第二耦合片、介质基板和设置在辐射贴片下方的匹配网络。匹配网络为沿Z轴一维排布的七个介质板单元，以及附着在介质板单元表面的二十个电容和电感焊接组成的一个整体。紧耦合相控阵天线由沿Z轴负方向依次排列，沿X,Y轴数量分别为M

【技术实现步骤摘要】
基于集总元件构成匹配网络的紧耦合相控阵天线


[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及电磁场与微波
中的基于集总馈电网络的紧耦合相控阵列天线。本专利技术可用于微波波段，在满足天线要求的工作频段和低剖面的情况下，实现空间探测和信息对抗所需的扫描角度和副瓣电平，适用于多种飞行器载体平台的空间探测和信息对抗应用。

技术介绍

[0002]紧耦合相控阵列天线主要与雷达在多目标，多功能情况下完成许多新任务密切相关，并对多目标进行高分辨率一维成像、二维成像的能力，且其截面小，剖面低，RCS小等优势可以共形于战斗机、弹道导弹等飞行器上，而不会对飞行器的气动性能产生恶劣影响，由此紧耦合相控阵列天线常用于飞行器上。然而，紧耦合阵列辐射部分为相互耦合排列的单元，常采用短偶极子形式，并通过不平衡到平衡的转换器进行馈电。所以阵列在进行相位扫描时，平衡转换器会引入馈电的相位差，这会造成阵列的驻波特性恶化，导致相扫阻抗带宽将会下降。在实际应用的时候往往占用飞行器很大的空间，从而在目标分辨、目标分类和识别、目标属性判别等方面带来一些不利因素。
[0003]东南大学在其申请的专利文献“一种天线阵元及超宽带紧耦合天线阵”(申请号：202110040077.1，申请公布号：CN112886227A)中提出了一种天线阵元及超宽带紧耦合天线阵。该天线阵元包括辐射单元、馈电单元以及反射地板，还包括一电感性加载结构。这种电感性加载结构设置在所述辐射单元与反射地板之间，产生以抵消反射地板产生的短路效应的等效电感。该紧耦合天线通过电感性加载结构在不引入损耗基础上使得阻抗带宽翻倍，且具有较高的辐射效率，阻抗带宽超过10个倍频程，有源驻波比达到3.5，辐射效率大于90％，在保证较高辐射频率的同时超过现阶段绝大多数天线阵列的相对带宽。但是，该天线仍然存在的不足之处是，该阵列的天线微带巴伦设计较复杂，增加天线组装的难度。
[0004]中国电子科技集团公司第五十四研究所在其申请的专利文献“一种低剖面宽带宽角紧耦合天线单元及阵列”(申请号：202010520723.X，申请公布号：CN111525255A)中提出了一种工作在C频段的低剖面宽带宽角紧耦合天线单元及阵列。其中天线单元由宽角匹配层、耦合层、天线层、以及馈电层组成。该天线单元采用了多层印制板工艺进行加工，这有助于增加天线阵列可靠性，也有助于后期的组装。但是，该天线仍然存在的不足之处是，该天线阵列剖面较高、占用飞行器载体内部的过多空间。
[0005]刘腾元等人在其发表的论文“一种低剖面紧耦合超宽带天线设计”(太赫兹科学与电子信息学报，19，No.2，2021)中提出了一种新型紧耦合阵列天线。该天线采用蝶形偶极子，通过偶极子末端相互交叠产生耦合电容达到宽带阻抗匹配的目的，并在接地板与阵列之间加载单层阻性频率选择表面用来进一步拓展带宽。但是，该天线仍然存在的不足之处是，该天线阵列与导体接地板之间加载阻性频率选择表面增加阻抗匹配带宽，这会导致天线在扫描过程中，阵列副瓣与后瓣较大，辐射性能差。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术存在的不足，提出一种基于集总元件构成匹配网络的紧耦合相控阵天线，旨在解决满足天线在低频工作情况下阵列剖面过高，天线在扫描过程中副瓣后瓣太高影响辐射性能，以及馈电网络结构复杂不利于设计安装的问题。
[0007]实现本专利技术目的的具体思路是：本专利技术采用集总电容电感组成的匹配网络，在低频窄带情形下，集总元件的电尺寸很小可以视作短线，采用集总电容电感组成的馈电网络就可以解决天线在低频工作情况下阵列剖面过高的问题。本专利技术利用多节集总元件级联组成匹配网络，通过多节集总元件级联，该匹配网络的总反射系数能近似成下降的平滑函数，这样就能不断减缓阻抗失配造成的能量反射，从而解决扫描过程中天线副瓣过高影响天线性能的问题。本专利技术采用的匹配网络中，使用了成一维排布的七个介质板单元以及附着在介质板单元表面的电容和电感焊接成一个整体，组装时只需要整体嵌入辐射贴片和介质基板的正中心的钻孔中，从而解决现有技术的馈电结构过于复杂不利于安装的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
[0009]本专利技术包括天线阵元和反射板，所述天线阵元中包括辐射贴片、第一耦合片、第二耦合片、介质基板和设置在辐射贴片下方的匹配网络。所述介质基板的上表面附着有领结形状的辐射贴片，所述第一耦合片和第二耦合片为分别附着在介质基板两侧边的矩形。所述匹配网络为沿Z轴一维排布的七个介质板单元以及附着在介质板单元表面的二十个电容和电感焊接组成的一个整体后嵌入在辐射贴片和介质基板的正中心的钻孔中。紧耦合相控阵天线由沿Z轴负方向依次排列，沿X,Y轴数量分别由M,N个的天线阵元和反射板组成，M和N均为大于等于1的正整数。
[0010]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0011]第一，本专利技术在辐射贴片的下方设置了匹配网络，该匹配网络为沿Z轴一维排布的七个介质板单元以及附着在介质板单元表面的二十个电容和电感焊接组成的一个整体，该电容电感构成的匹配网络可充分应用在低频情形下且电容电感构成的匹配网络体积小，克服了现有技术天线阵列剖面较高的问题，使得本专利技术具有剖面极低应用范围广的优点。
[0012]第二，本专利技术采用的匹配网络为介质板单元以及集总器件焊接成的一个整体，安装时只需要整体嵌入辐射贴片和介质基板的正中心的钻孔中，减小了安装误差，克服了现有技术的馈电结构过于复杂导致安装过程中容易产生误差的问题，使得本专利技术提高了天线阵列可靠性。
附图说明
[0013]图1是本专利技术中天线阵列的结构示意图；
[0014]图2是本专利技术中天线阵元的结构示意图；
[0015]图3是本专利技术中匹配网络的结构示意图；
[0016]图4是本专利技术中天线阵元的仿真图；
[0017]图5是本专利技术实施例12
×
1天线阵列的仿真图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明。
[0019]参照图1，对本专利技术的天线阵列结构作进一步详细的说明。
[0020]本专利技术天线阵列中包括天线阵元1和反射板2。紧耦合相控阵天线沿Z轴负方向依次排列，沿X,Y轴数量分别由M,N个的天线阵元和反射板2组成，M和N均为大于等于1的正整数。反射板2放置在阵元下方四分之一中心频率波长处。
[0021]本专利技术的实施例中M＝12，N＝12。
[0022]参照图2，对本专利技术中的天线阵元结构组成作进一步详细的说明。
[0023]所述天线阵元1中包括辐射贴片3、第一耦合片4、第二耦合片5、介质基板6和设置在辐射贴片3下方的匹配网络7。所述领结形状的深灰色辐射贴片3印刷在浅灰色矩形介质基板6的上表面；所述深灰色矩形第一耦合片4和深灰色矩形第二耦合片5通过焊接技术分别附着在浅灰色矩形介质基板6两侧。所述匹配网络7(如图2中灰色长方体所示)嵌入辐射贴片3与介质基板6的正中心钻孔中，位于介质基板6下方。利用第一耦合片4和第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于集总元件构成匹配网络的紧耦合相控阵天线，包括天线阵元(1)和反射板(2)；其特征在于，所述天线阵元(1)中包括辐射贴片(3)、第一耦合片(4)、第二耦合片(5)、介质基板(6)和设置在辐射贴片(3)下方的匹配网络(7)；所述介质基板(6)的上表面附着有领结形状的辐射贴片(3)，所述第一耦合片(4)和第二耦合片(5)为分别附着在介质基板(6)两侧边的矩形；所述匹配网络(7)为沿Z轴一维排布的七个介质板单元以及附着在介质板单元表面的二十个电容和电感焊接组成的一个整体后嵌入在辐射贴片(3)和介质基板(6)的正中心的钻孔中；紧耦合相控阵天线由沿Z轴负方向依次排列，沿X,Y轴数量分别由M,N个的天线阵元和反射板(2)组成，M和N均为大于等于1的正整数。2.根据权利要求1所述的基于集总元件匹配网络的紧耦合相控阵列天线，其特征在于，所述辐射贴片(3)的臂长取值在[0.4λ
H
,0.6λ
H
]范围内根据天线阵列口径的增益确定,λ
H
为天线阵列工作最高频点的波长。3.根据权利要求1所述的基于集总元件匹配网络的紧耦合相控阵列天线，其特征在于，所述第一耦合片(4)和第二耦合片(5)耦合片长取值相同，其值在[0.01λ
L
,0.05λ
L
]范围内根据工作频率确定，λ
L
为天线阵列工作最低频点的波长。4.根据权利要求1所述的基于集总元件匹配网络的紧耦合相控阵列天线，其特征在于，所述介质基板(6)相对介电常数取值为4.4；所述介质基板(6)高度取值在[0.1mm,1.5mm]范围内根据阻抗匹配确定；所述介...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁子彬，李雨桐，孙鸽，张立，赵钢，焦永昌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：