一種雙圓極化微帶天線陣的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微帶天線陣。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)衛(wèi)星通信和遙感系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，為有效傳輸信息，克服電離層法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)引起的極化畸變，要求天線具有圓極化的性能，且同一天線陣面在接收模式與發(fā)射模式下同時(shí)工作，這就要求天線具備雙圓極化的工作能力。軍用方面，空間目標(biāo)預(yù)警領(lǐng)域，各國(guó)也普遍采用雙圓極化天線作為基本輻射單元組陣。在民用方面，廣播電視系統(tǒng)采用雙圓極化天線亦可有效減小信號(hào)漏失、克服重影。這也一定程度上也推動(dòng)了雙圓極化天線技術(shù)的發(fā)展。因此雙圓極化天線技術(shù)在軍用和民用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。
[0003]在星載和機(jī)載的應(yīng)用場(chǎng)合，還有重量的要求。這要求天線在滿足波束寬度、增益、極化、隔離、掃描能力等指標(biāo)時(shí)還要盡可能的輕便可靠。天線的高度也需要盡可能的小，以免改變飛行器的氣動(dòng)特性和帶來(lái)不必要的機(jī)械干涉。
[0004]常見(jiàn)的雙圓極化相控陣天線單元主要有以下三種形式:一、振子天線。包括十字交叉分布的微帶振子和金屬振子。其主要的優(yōu)點(diǎn)在于帶寬寬，波束寬度寬可達(dá)120°，可以適應(yīng)大角度掃描的要求(張健鑫，傅光，陳曦，張濤，李東超，圓極化十字交叉振子的設(shè)計(jì)，微波學(xué)報(bào)，Vol.S2，2010.8，pp:183-186.)。其缺點(diǎn)在于剖面高，不適合機(jī)載、星載等場(chǎng)合的使用。二、背腔式縫隙天線。該類天線通過(guò)在背腔激勵(lì)的金屬板上開環(huán)形或十字形的槽實(shí)現(xiàn)了圓極化的性能(Sievenpiper D, Hsu H P, Riley R M.Low -profile cavity-backedcrossed—slot antenna with a single-probe feed designed for 2.34 GHz satelliterad1 applicat1ns，IEEE Trans Antennas Propagat, 2004, 52(3): 873-879)。其主要的缺點(diǎn)在于對(duì)地面對(duì)方向圖的影響大，可能出現(xiàn)波紋。三、微帶天線。微帶天線具有低成本、低剖面、易于集成和共形的特點(diǎn)，適于設(shè)計(jì)低剖面圓極化天線。目前已知的雙圓極化微帶天線陣，其實(shí)現(xiàn)方式有兩種:一是四點(diǎn)饋電的方式，需要結(jié)合定向耦合器和不等相位功分器組成饋電網(wǎng)絡(luò)(汪雪剛，李瑞，吳多龍，李庚祿，GPS雙頻圓極化微帶天線的設(shè)計(jì)，廣州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.28，N0.2，2011.6，pp:43-46)。其優(yōu)點(diǎn)是，貼片表面電流分布更符合圓極化特性，可以有效抑制高階模式產(chǎn)生的交叉極化分量，軸比性能較好。缺點(diǎn)是，饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、龐大，成本高。二是雙點(diǎn)饋電的方式，需要定向耦合器或者不等相位功分器組成饋電網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于多次反射有所抑制，亦可容忍饋電相位的誤差。相比四點(diǎn)饋電方案，其優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易于組陣。(薛欣，張福順，馮昕罡，馮睿，雙圓極化微帶天線的設(shè)計(jì)，電波科學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.25，N0.2,2010.4，pp:393-396.)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決圓極化微帶天線的雙點(diǎn)饋電微帶天線陣的饋電網(wǎng)絡(luò)與貼片單元同層設(shè)計(jì)的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種雙圓極化微帶天線陣，使其具有、低交叉極化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、加工便利的特點(diǎn)，并且具有實(shí)現(xiàn)寬角掃描雙圓極化天線陣的工程潛力。
[0006]通過(guò)【背景技術(shù)】可以得知:微帶貼片型雙圓極化天線的饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，且需要與微帶陣面集成，在組陣時(shí)必然出現(xiàn)互耦、諧振等不可避免的惡化天線陣性能的問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)通過(guò)縫隙親合饋電技術(shù)的方法予以規(guī)避。(Rostan, F.; ffiesbeck, ff., Dual polarizedmicrostrip patch arrays for the next generat1n of spaceborne syntheticaperture radars, 1995Internat1nal Geoscience and Remote Sensing Symposium,IGARSS '95.Quantitative Remote Sensing for Science and Applicat1ns , vol.3,PP.2277-2279.)其缺點(diǎn)是額外增加了一張微帶板和一張泡沫板。本實(shí)用新型所需解決的具體問(wèn)題就是如何選擇合適的貼片形式、饋電網(wǎng)絡(luò)、去諧振、去耦合結(jié)構(gòu)來(lái)解決上述問(wèn)題。
[0007]一種雙圓極化微帶天線陣包括由上至下依次貼合的輻射微帶板2、泡沫板4、饋電微帶板5和金屬地板6，并由兩個(gè)以上的金屬柱3貫穿固定連接，形成一塊雙圓極化微帶天線陣板；
[0008]所述福射微帶板包括上層的福射介質(zhì)層23和下層的福射銅箔層24，福射銅箔層24與泡沫板4的上表面粘接；饋電微帶板5包括上饋電銅箔層59、饋電介質(zhì)板510和下饋電銅箔層511，上饋電銅箔層59與泡沫板4的下表面粘接，下饋電銅箔層511與金屬地板6焊接連接；
[0009]所述輻射微帶板的頂面上均布設(shè)有兩個(gè)以上的焊盤片22，所述兩個(gè)以上的金屬柱3的頂端分別對(duì)應(yīng)連接著兩個(gè)以上的焊盤片22 ;輻射微帶板的底面均布設(shè)有八塊以上偶數(shù)的輻射貼片21，八塊以上偶數(shù)的輻射貼片21排列成兩行以上；
[0010]所述饋電微帶板5的頂面上均布設(shè)有八塊以上偶數(shù)的饋電貼片51，所述八塊以上偶數(shù)的饋電貼片51和所述八塊以上偶數(shù)的輻射貼片21 —一對(duì)應(yīng)；八塊以上偶數(shù)的饋電貼片51排列成兩行以上，相鄰兩行饋電貼片51之間均布開設(shè)有一行隔離孔58 ;每行饋電貼片自左向右兩兩組成一對(duì)饋電貼片，每行中部的饋電微帶板5上設(shè)有一個(gè)定向耦合器53，兩對(duì)以上偶數(shù)對(duì)的饋電貼片對(duì)稱分布在定向耦合器53的兩側(cè)；
[0011]每對(duì)饋電貼片的同向端之間連接著一字形的二級(jí)同向功分網(wǎng)絡(luò)57，反向端之間連接著弓字形的二級(jí)反向功分網(wǎng)絡(luò)55 ；
[0012]偶數(shù)對(duì)饋電貼片的兩個(gè)二級(jí)同向功分網(wǎng)絡(luò)57并聯(lián)形成一級(jí)功分網(wǎng)絡(luò)連接著定向親合器53的一個(gè)輸出端；
[0013]偶數(shù)對(duì)饋電貼片的兩個(gè)二級(jí)反向功分網(wǎng)絡(luò)55并聯(lián)形成一級(jí)功分網(wǎng)絡(luò)連接著定向耦合器53的另一個(gè)輸出端，定向耦合器53的兩個(gè)輸入端與兩個(gè)連接器7的內(nèi)導(dǎo)體連接；
[0014]所述兩個(gè)連接器7的外導(dǎo)體位于金屬地板6下，介質(zhì)層穿過(guò)金屬地板6，內(nèi)導(dǎo)體穿過(guò)金屬地板6和饋電微帶板5焊接于上饋電銅箔層59。
[0015]所述雙圓極化天線陣在9%左右的帶寬內(nèi)，駐波優(yōu)于1.5，交叉極化性能優(yōu)于一15dB ;還包括一個(gè)矩形的金屬框1，所述雙圓極化微帶天線陣板嵌裝在金屬框I內(nèi)。
[0016]一種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)是:輻射微帶板2的底面均布設(shè)有十二塊輻射貼片21，十二塊輻射貼片21排列成三行；饋電微帶板5的頂面上均布設(shè)有十二塊饋電貼片51，十二塊饋電貼片51排列成三行；所述十二塊輻射貼片21和十二塊饋電貼片51--對(duì)應(yīng)。
[0017]本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面:
[0018]1.本實(shí)用新型全陣面實(shí)現(xiàn)了雙圓極化的功能，具有9%左右的阻抗帶寬(駐波1.5)，-15dB的交叉極化性能，可用于要求一維掃描的通訊或雷達(dá)領(lǐng)域；
[0019]2.輻射貼片在輻射微帶板下方，倒置設(shè)計(jì)有效保護(hù)微帶貼片免受外界侵蝕，也利于貼片形式保密；
[0020]3.饋電網(wǎng)絡(luò)與下層微帶貼片共面設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，與耦合饋電形式相比節(jié)省了 I層微帶板和I層泡沫板，而不增加微帶板加工難度；
[0021]4.兩種形式的二級(jí)功分網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)適應(yīng)了貼片單元饋電的需要，節(jié)省了布局空間；
[0022]5.金屬化通孔隔斷非同一饋電網(wǎng)絡(luò)饋電的微帶貼片，可以減小不同線陣之間的互耦，有利于改善陣列的掃描性能；
[0023]6.金屬圍框包裹天線陣側(cè)面和上表面邊緣，在不惡化電性能的前提下，加強(qiáng)了天線的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；
[0024]7.每個(gè)末級(jí)“T”形功分網(wǎng)絡(luò)饋電的兩個(gè)微帶貼片之間設(shè)置金屬柱。在結(jié)構(gòu)上充當(dāng)支撐柱，加強(qiáng)了天線的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；在工藝上充當(dāng)定位銷，保證了多層板材之間的位置關(guān)系；在電性能上分割陣面空間，改變了陣列內(nèi)部的耦合關(guān)系，消除了諧振效應(yīng)。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本實(shí)用新型爆炸示意圖。
[0027]圖3為輻射微帶板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為泡沫板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5為饋電微帶板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖6為金屬地板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖7為局部剖視圖。
[0032]圖8為一個(gè)4 (非掃描向)X3 (掃描向)單元的雙圓極化天線陣示意圖。
[0033]圖9為實(shí)施例2中天線兩個(gè)圓極化端口駐波實(shí)測(cè)曲線圖。
[0034]圖10為實(shí)施例2中頻典型波瓣圖的掃描向主面測(cè)試結(jié)果圖。
[0035]圖11為實(shí)施例2中頻典型波瓣圖的非掃描向主面測(cè)試結(jié)果圖。
[0036]圖12為一個(gè)8 (非掃描向)X4 (掃描向)單元的雙圓極化天線陣示意圖。
[0037]圖1-7中序號(hào):金屬框1、輻射微帶板2、金屬柱3、泡沫板4、饋電微帶板5、金屬地板6、連接器7、輻射貼片21、焊盤片22、輻射介質(zhì)層23、輻射銅箔層24、通孔41、饋電貼片51、一級(jí)功分網(wǎng)絡(luò)52、定向耦合器53、饋電通孔54、二級(jí)反向功分網(wǎng)絡(luò)55、金屬柱通孔56、二級(jí)同向功分網(wǎng)絡(luò)57、