小型化多频段极化分集阵列天线装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及被动天线设计及制造技术领域，具体的说是一种适合于工程应用的小型化多频段极化分集阵列天线装置，其特征在于，在圆柱形载体平台的内外两侧分别设置厚度不同的微波宽带吸波材料，圆柱形载体上设有沿着圆柱形载体的圆周向紧密排列的印刷单极子天线阵列，印刷单极子天线阵列中设有单极子天线单元，印刷单极子天线阵列的辐射器位于圆柱形金属载体的内部区域；单极镜像

【技术实现步骤摘要】
小型化多频段极化分集阵列天线装置


：
[0001]本专利技术涉及被动天线设计及制造
，具体的说是一种在天线单元尺寸上得到压缩，获得小型化的效果；在保证极化分集天线的极化隔离和辐射方向图覆盖范围的条件下，设计的天线系统在电性能上较为稳定，机械安装方便，结构可靠，适合于工程应用的小型化多频段极化分集阵列天线装置
。

技术介绍

：
[0002]在电子侦察
、
被动雷达制导和电子干扰等电子系统中，宽带被动天线系统是重要的分机之一
。
为了测量多个辐射源信号的波达方向信息，被动雷达系统通常采用天线阵列接收辐射源的入射信号
。
在飞行器载体平台上，由于天线安装空间有限，为了在限定的空间内安装更多的天线单元，天线的小型化是一个重要的任务
。
目前，常见的被动雷达接收天线种类很多，例如：超宽带对数周期天线
、
超宽带阿基米德螺旋天线
、
超宽带等角螺旋天线
、
超宽带蝶形天线
、
超宽带正弦天线
、
超宽带
Vivaldi
天线和超宽带喇叭天线等
。
被动雷达天线在超宽频带内或者多频带内接收辐射源的信号，被动雷达对信号进行检测
、
信息测量与目标跟踪；通常的被动雷达采用的超宽带天线为单一极化方式，例如：超宽带对数周期天线
、
超宽带蝶形天线
、
超宽带正弦天线
、
超宽带
Vivaldi
天线和超宽带喇叭天线等为线极化工作模式，超宽带阿基米德螺旋天线和超宽带等角螺旋天线等为圆极化工作模式
。
随着电子信息技术的发展，电磁波的极化信息获得越来越多的关注和大量的应用
。
在被动雷达系统中，采用极化敏感阵列，可以获得辐射源信号的极化信息，显著增加雷达系统能够获取的信息量，为雷达目标检测和识别等提供了有利的资源，因此，超宽带或者多频段工作的极化敏感阵列天线得到了大量的研究和应用
。
在极化敏感阵列中，极化分集是一种有效的极化信息感知方式；采用极化分集天线阵列，一方面可以基于干涉仪或者空间谱技术实现对辐射源信号的检测和测角，另一方面雷达系统可以获得辐射源信号的极化信息参数，进而可以实现极化信号处理算法
。
极化分集天线的类型有很多，目前常见的双极化天线为双极化正交对称振子天线
、
正交双极化磁电偶极子天线
、
双极化喇叭天线
、
双极化对数周期天线
、
双极化
Vivaldi
天线和双极化正弦天线等
。
针对有限的飞行器载体平台，研究小型化的极化分集多频段天线阵列系统具有实际应用价值
。

技术实现思路

：
[0003]本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种在天线单元尺寸上得到压缩，获得小型化的效果；在保证极化分集天线的极化隔离和辐射方向图覆盖范围的条件下，设计的天线系统在电性能上较为稳定，机械安装方便，结构可靠，适合于工程应用的小型化多频段极化分集阵列天线装置
。
[0004]本专利技术通过以下措施达到：
[0005]一种小型化多频段极化分金属材质的圆柱形载体平台，其特征在于，在圆柱形载体平台的内外两侧分别设置厚度不同的微波宽带吸波材料，圆柱形载体上设有沿着圆柱形
载体的圆周向紧密排列的印刷单极子天线阵列，印刷单极子天线阵列中设有单极子天线单元，印刷单极子天线阵列的辐射器位于圆柱形金属载体的内部区域；单极镜像
Vivaldi
天线阵列沿着圆周向随形布局排列，位于圆柱形载体平台的外侧区域，单极镜像
Vivaldi
天线阵列中设有单极镜像
Vivaldi
天线单元，单极镜像
Vivaldi
天线单元个数与印刷单极子天线单元的个数相同，二者之间的天线单元一一对应，分别组成极化近似正交的极化分集天线对；
[0006]其中，所述印刷单极子天线单元中的单极子天线辐射器振子臂包括位于前部的扇形圆环部和位于后部的切角矩形部，单极子天线辐射器振子臂由共面波导
CPW
激励，激励天线辐射器金属臂的
CPW
结构包括与单极子辐射器振子臂连接部分区域
、
与馈电的同轴电缆连接的均匀
CPW
区域和二者之间的连续阻抗变换段区域，
CPW
馈电结构所在的金属铜箔地板为梯形，便于与单极子辐射器振子臂进行阻抗匹配，多个单极子辐射器单元组成圆周向紧密排列的多频段天线阵列，形成一个极化方式的被动雷达信号接收天线阵列；单极子辐射器单元振子臂之间留有间隙，在印刷介质基板的另一侧设置矩形耦合片，增加单极子辐射器振子臂之间的电磁耦合，改善低频段的阻抗和辐射方向图性能，在单极子辐射器阵列所在的印刷介质基板下方，放置一个圆环形金属反射器结构，对单极子辐射器阵列的方向图进行调控
。
[0007]本专利技术中单极子天线单元辐射器中，与馈电的同轴电缆连接的均匀
CPW
的特性阻抗为
50
欧姆，共面波导的特性阻抗可由下面的公式计算得出，定义变量
k1和
k2，其值分别为
[0008][0009][0010]式中：
h
为介质基板的厚度；
W
为介质基板的宽度；
W3为共面波导馈线的宽度；
g
为共面波导馈线与接地板之间的缝隙宽度；介质基板的有效相对介电常数为：
[0011][0012]式中：
K(k1)、K(k2)、K'(k1)、K'(k2)
分别为第1类完全椭圆积分函数和其补函数，其具体表达式为：
[0013][0014]共面波导的特性阻抗可以表示为：
[0015][0016]本专利技术采用金属结构的单极镜像
Vivaldi
天线阵列实现与单极子辐射器近似正交的接收通道，形成极化分集的效果，在与传统的
Vivaldi
天线辐射缝隙中心区域放置金属地板，金属地板与
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天线辐射器所在的金属薄片垂直，则可以省略一半的辐射器结构，同时近似保留原有的辐射效果，实现很好的小型化效果，在单极
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辐射器振子的上下两侧，设置形成近似电磁边界镜像地板作用的矩形金属片结构，该金属片结构与
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天
(k)
为隐藏加载的介质结构后的单极镜像
Vivaldi
天线单元的立体结构模型，
3(l)
为隐藏加载的介质结构后的单极镜像
Vivaldi
天线单元的左视图，
3(m)
为隐藏加载的介质结构后的单极镜像
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天线单元的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种小型化多频段极化分集阵列天线装置，设有金属材质的圆柱形载体平台，其特征在于，在圆柱形载体平台的内外两侧分别设置厚度不同的微波宽带吸波材料，圆柱形载体上设有沿着圆柱形载体的圆周向紧密排列的印刷单极子天线阵列，印刷单极子天线阵列中设有单极子天线单元，印刷单极子天线阵列的辐射器位于圆柱形金属载体的内部区域；单极镜像
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天线阵列沿着圆周向随形布局排列，位于圆柱形载体平台的外侧区域，单极镜像
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天线阵列中设有单极镜像
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天线单元，单极镜像
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天线单元个数与印刷单极子天线单元的个数相同，二者之间的天线单元一一对应，分别组成极化近似正交的极化分集天线对；其中，所述印刷单极子天线单元中的单极子天线辐射器振子臂包括位于前部的扇形圆环部和位于后部的切角矩形部，单极子天线辐射器振子臂由共面波导
CPW
激励，激励天线辐射器金属臂的
CPW
结构包括与单极子辐射器振子臂连接部分区域
、
与馈电的同轴电缆连接的均匀
CPW
区域和二者之间的连续阻抗变换段区域，
CPW
馈电结构所在的金属铜箔地板为梯形，便于与单极子辐射器振子臂进行阻抗匹配，多个单极子辐射器单元组成圆周向紧密排列的多频段天线阵列，形成一个极化方式的被动雷达信号接收天线阵列；单极子辐射器单元振子臂之间留有间隙，在印刷介质基板的另一侧设置矩形耦合片，增加单极子辐射器振子臂之间的电磁耦合，改善低频段的阻抗和辐射方向图性能，在单极子辐射器阵列所在的印刷介质基板下方，放置一个圆环形金属反射器结构，对单极子辐射器阵列的方向图进行调控
。2.
根据权利要求1所述的一种小型化多频段极化分集阵列天线装置，其特征在于，单极子天线单元辐射器中，与馈电的同轴电缆连接的均匀
CPW
的特性阻抗为
50
欧姆，共面波导的特性阻抗可由下面的公式计算得出，定义变量
k1和
k2，其值分别为，其值分别为式中：
h
为介质基板的厚度；
W
为介质基板的宽度；
W3为共面波导馈线的宽度；
g
为共面波导馈线与接地板之间的缝隙宽度；介质基板的有效相对介电常数为：式中：
K(k1)、K(k2)、K'(k1)、K'(k2)
分别为第1类完全椭圆积分函数和其补函数，其具体表达式为：共面波导的特性阻抗可以表示为：
3.
根据权利要求1所述的一种小型化多频段极化分集阵列天线装置，其特征在于，采用
金属结构的单极镜像
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天线阵列实现与单极子辐射器近似正交的接收通道，形成极化分集的效果，在与传统的
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天线辐射缝隙中心区域放置金...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋立众，张建川，刘佳琪，方艺忠，房亮，房新蕊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：