CN103904423A - 一种低剖面宽带介质背腔四辐射器天线单元 - Google Patents

Abstract

本发明属于微波天线技术，涉及对宽带介质背腔四辐射器天线单元的改进。它包括辐射介质板(1)、微带馈电介质板(2)和四等分功分器，其特征在于：用介质背腔代替了金属背腔。从而减小了体积和重量，减小了馈电损耗，提高了整体集成性，降低了成本。

Description

一种低剖面宽带介质背腔四辐射器天线单元

技术领域

本发明属于微波天线技术，涉及对宽带介质背腔四辐射器天线单元的改进。

背景技术

相控阵体制尤其是有源相控阵体制，使得雷达具有灵活的电子扫描、先进的功率管理和信号处理技术能力，带来了很多卓越的性能。与普通机载机械扫描火控雷达相比，机载有源相控阵火控雷达不仅在作用距离、抗干扰能力、可靠性和天线隐身设计等方面的性能大大提高，还具备了实现同时多功能和真正意义上的多目标攻击等能力。振子天线和螺旋天线已成功被用于相控阵***中，但是上述天线具有较高的剖面，导致体积和重量大，限制了其在机载有源相控阵中的应用。金属背腔天线是一种宽带低剖面的天线，目前的一种金属背腔四辐射器天线单元的结构参见图1至图3，它由辐射介质板1、微带馈电介质板2、金属板3和四等分功分器组成。在辐射介质板1的上表面有四个正方形的成矩形排列的辐射贴片13,在微带馈电介质板2的上表面有四条微带线12，每条微带线的一端与一个辐射贴片13形成馈电耦合，每条微带线的另一端与一个第一金属化孔11的上端形成电连接。辐射介质板1的下表面与微带馈电介质板2的上表面粘接为整体。在金属板3的上表面上有四个空气背腔14，每个空气背腔14的位置与辐射贴片13的位置对应，每个空气背腔14是一个水平截面为矩形的凹槽。所说的四等分功分器由功分器上介质板4、功分器下介质板5和SMA同轴连接器7组成。在功分器上介质板4的上表面粘贴着由覆铜箔构成的上屏蔽板15,在功分器上介质板4的下表面上粘有带状线中心导带8,带状线中心导带8有四个输出端和一个输入端。在功分器上介质板4上有4个第二金属化孔9，每个第二金属化孔9的位置与一个带状线中心导带输出端的位置对应，每个第二金属化孔9的下端与所对应的带状线中心导带输出端形成电连接，每个第二金属化孔9的上端与上屏蔽板15保持绝缘。功分器下介质板5的下表面粘贴着由覆铜箔构成的下屏蔽板6,在功分器下介质板5的下表面、与带状线中心导带输入端对应的位置固定着SMA同轴连接器7，在功分器下介质板5上有第三金属化孔17,第三金属化孔17的下端与SMA同轴连接器7的内导体形成电连接，第三金属化孔17的上端与带状线中心导带的输入端形成电连接，SMA同轴连接器7的外导体与下屏蔽板6形成电连接，功分器上介质板4的下表面和功分器下介质板5的上表面粘接为整体。金属板3位于微带馈电介质板2的下表面和功分器上介质板4的上表面之间并且粘接为整体，在金属板3上有4个同轴线安装孔，每个同轴线安装孔的位置与一个第一金属化孔11和第二金属化孔9的位置对应，在每个同轴线安装孔内安装有同轴线10，同轴线10内导体的上端与第一金属化孔11的下端形成电连接，同轴线10内导体的下端与第二金属化孔9的上端形成电连接。

其工作原理是：输入功率由SMA同轴连接器7接入，经四等分功分器等分输送到四条微带线12，四条微带线12通过背腔对辐射贴片13耦合馈电向外辐射能量。

其缺点是：第一、体积和重量大。由于金属背腔本身具有较高的纵向剖面，增大了天线单元的体积和重量；第二、馈电损耗大。由于微带线12与带状线中心导带8的连接需要贯穿整个金属板3，使得同轴线10的长度增大，增加了馈电损耗；第三、整体集成性差。同轴线10与第一金属化孔11和第二金属化孔9的连接处需要使用同轴插接件，使结构复杂，进一步增加了体积和重量，提高了成本。

发明内容

本发明的目的是：提出一种体积和重量小、馈电损耗小、整体集成性好的宽带介质背腔四辐射器天线单元。

本发明的技术方案是：一种低剖面宽带介质背腔四辐射器天线单元，它包括辐射介质板1、微带馈电介质板2和四等分功分器；在辐射介质板1的上表面有四个正方形的成矩形排列的辐射贴片13,在微带馈电介质板2的上表面有四条微带线12，每条微带线的一端与一个辐射贴片13形成馈电耦合，每条微带线的另一端与一个第一金属化孔11的上端形成电连接，辐射介质板1的下表面与微带馈电介质板2的上表面粘接为整体；所说的四功分器由功分器上介质板4、功分器下介质板5和SMA同轴连接器7组成；在功分器上介质板4的上表面粘贴着由覆铜箔构成的上屏蔽板15,在功分器上介质板4的下表面上粘有带状线中心导带8,带状线中心导带8有四个输出端和一个输入端，在功分器上介质板4上有4个第二金属化孔9，每个第二金属化孔9的位置与一个带状线中心导带输出端的位置对应，每个第二金属化孔9的下端与所对应的带状线中心导带输出端形成电连接，每个第二金属化孔9的上端与上屏蔽板15保持绝缘，功分器下介质板5的下表面粘贴着由覆铜箔构成的下屏蔽板6,在功分器下介质板5的下表面、与带状线中心导带输入端对应的位置固定着SMA同轴连接器7，在功分器下介质板5上有第三金属化孔17,第三金属化孔17的下端与SMA同轴连接器7的内导体形成电连接，第三金属化孔17的上端与带状线中心导带的输入端形成电连接，SMA同轴连接器7的外导体与下屏蔽板6形成电连接，功分器上介质板4的下表面和功分器下介质板5的上表面粘接为整体；其特征在于：微带馈电介质板2的下表面与功分器上介质板4的上表面粘接为整体；每个第二金属化孔9的位置与一个第一金属化孔11的位置对应，每个第二金属化孔9的上端与所对应的第一金属化孔11的下端形成电连接；在功分器上有四个介质背腔，每个介质背腔的位置与辐射贴片13的位置对应，每个介质背腔由一组贯通上介质板4和下介质板5的第四金属化孔16围成，所围成的水平截面图形为长圆形或矩形，该图形的垂直中心线与辐射贴片13的垂直中心线共线，第四金属化孔16的上端与上屏蔽板15形成电连接，第四金属化孔16的下端与下屏蔽板6形成电连接；当介质背腔的水平截面图形为长圆形时，所有第四金属化孔16的内切长圆形的宽度w=(0.8～1.2)a，所有第四金属化孔16的内切矩形的长度s1=(0.8～1.5)a，a为辐射贴片13的边长；当介质背腔的水平截面图形为矩形时，所有第四金属化孔16的内切长圆形的宽度为w，所有第四金属化孔16的内切矩形的长度s2=(1～2)a。

本发明的优点是：第一、体积和重量小。介质背腔替代了金属背腔，天线单元的重量减轻了，介质背腔位于四等分功分器的介质板4和下介质板5内，降低了天线单元的剖面。第二、馈电损耗小。由于省略了同轴线10，因此馈电损耗大大减少。第三、整体集成性好。由于省略了同轴线10和插接件，简化了结构，进一步减少了体积和重量，降低了成本。

附图说明

图1是目前的一种金属背腔四辐射器天线单元的结构示意图，它是辐射介质板1的俯视图。为了显示不同介质层的结构，此图对各介质层做了透视处理。

图2是图1中Ⅰ-Ⅰ剖面的剖视图，该剖面为垂直剖面。

图3是图1中Ⅱ-Ⅱ剖面的剖视图。

图4是本发明的结构示意图，它是辐射介质板1的俯视图。为了显示不同介质层的结构，此图对各介质层做了透视处理。

图5是图4中Ⅲ-Ⅲ剖面的剖视图，该剖面为垂直剖面。

图6是图4中Ⅳ-Ⅳ剖面的剖视图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。参见图4至图6，一种低剖面宽带介质背腔四辐射器天线单元，它包括辐射介质板1、微带馈电介质板2和四等分功分器；在辐射介质板1的上表面有四个正方形的成矩形排列的辐射贴片13,在微带馈电介质板2的上表面有四条微带线12，每条微带线的一端与一个辐射贴片13形成馈电耦合，每条微带线的另一端与一个第一金属化孔11的上端形成电连接，辐射介质板1的下表面与微带馈电介质板2的上表面粘接为整体；所说的四等分功分器由功分器上介质板4、功分器下介质板5和SMA同轴连接器7组成；在功分器上介质板4的上表面粘贴着由覆铜箔构成的上屏蔽板15,在功分器上介质板4的下表面上粘有带状线中心导带8,带状线中心导带8有四个输出端和一个输入端，在功分器上介质板4上有4个第二金属化孔9，每个第二金属化孔9的位置与一个带状线中心导带输出端的位置对应，每个第二金属化孔9的下端与所对应的带状线中心导带输出端形成电连接，每个第二金属化孔9的上端与上屏蔽板15保持绝缘，功分器下介质板5的下表面粘贴着由覆铜箔构成的下屏蔽板6,在功分器下介质板5的下表面、与带状线中心导带输入端对应的位置固定着SMA同轴连接器7，在功分器下介质板5上有第三金属化孔17,第三金属化孔17的下端与SMA同轴连接器7的内导体形成电连接，第三金属化孔17的上端与带状线中心导带的输入端形成电连接，SMA同轴连接器7的外导体与下屏蔽板6形成电连接，功分器上介质板4的下表面和功分器下介质板5的上表面粘接为整体；其特征在于：微带馈电介质板2的下表面与功分器上介质板4的上表面粘接为整体；每个第二金属化孔9的位置与一个第一金属化孔11的位置对应，每个第二金属化孔9的上端与所对应的第一金属化孔11的下端形成电连接；在功分器上有四个介质背腔，每个介质背腔的位置与辐射贴片13的位置对应，每个介质背腔由一组贯通上介质板4和下介质板5的第四金属化孔16围成，所围成的水平截面图形为长圆形或矩形，该图形的垂直中心线与辐射贴片13的垂直中心线共线，第四金属化孔16的上端与上屏蔽板15形成电连接，第四金属化孔16的下端与下屏蔽板6形成电连接；当介质背腔的水平截面图形为长圆形时，所有第四金属化孔16的内切长圆形的宽度w=(0.8～1.2)a，所有第四金属化孔16的内切矩形的长度s1=(0.8～1.5)a，a为辐射贴片13的边长；当介质背腔的水平截面图形为矩形时，所有第四金属化孔16的内切长圆形的宽度为w，所有第四金属化孔16的内切矩形的长度s2=(1～2)a。

本发明的工作原理是：微带线12通过介质背腔对辐射贴片13耦合馈电产生辐射，大的介电常数产生较强的耦合，天线由小体积的介质腔即可获得强耦合。

下表给出本发明3个实施例的主要参数。

表中工作频率的单位是GHz，其余均为mm。

本发明的实施例1，与目前的结构相比，天线单元的体积由6.9*10^3mm³变为1.27*10^4mm³，减少了约45.6%，重量由34.9g变成16.2g，降低了约43.6%，成本节约了30%。

Claims (1)

1.一种低剖面宽带介质背腔四辐射器天线单元，它包括辐射介质板(1)、微带馈电介质板(2)和四等分功分器；在辐射介质板(1)的上表面有四个正方形的成矩形排列的辐射贴片(13),在微带馈电介质板(2)的上表面有四条微带线(12)，每条微带线的一端与一个辐射贴片(13)形成馈电耦合，每条微带线的另一端与一个第一金属化孔(11)的上端形成电连接，辐射介质板(1)的下表面与微带馈电介质板(2)的上表面粘接为整体；所说的四等分功分器由功分器上介质板(4)、功分器下介质板(5)和SMA同轴连接器(7)组成；在功分器上介质板(4)的上表面粘贴着由覆铜箔构成的上屏蔽板(15),在功分器上介质板(4)的下表面上粘有带状线中心导带(8),带状线中心导带(8)有四个输出端和一个输入端，在功分器上介质板(4)上有4个第二金属化孔(9)，每个第二金属化孔(9)的位置与一个带状线中心导带输出端的位置对应，每个第二金属化孔(9)的下端与所对应的带状线中心导带输出端形成电连接，每个第二金属化孔(9)的上端与上屏蔽板(15)保持绝缘，功分器下介质板(5)的下表面粘贴着由覆铜箔构成的下屏蔽板(6),在功分器下介质板(5)的下表面、与带状线中心导带输入端对应的位置固定着SMA同轴连接器(7)，在功分器下介质板(5)上有第三金属化孔(17),第三金属化孔(17)的下端与SMA同轴连接器(7)的内导体形成电连接，第三金属化孔(17)的上端与带状线中心导带的输入端形成电连接，SMA同轴连接器(7)的外导体与下屏蔽板(6)形成电连接，功分器上介质板(4)的下表面和功分器下介质板(5)的上表面粘接为整体；其特征在于：微带馈电介质板(2)的下表面与功分器上介质板(4)的上表面粘接为整体；每个第二金属化孔(9)的位置与一个第一金属化孔(11)的位置对应，每个第二金属化孔(9)的上端与所对应的第一金属化孔(11)的下端形成电连接；在功分器上有四个介质背腔，每个介质背腔的位置与辐射贴片(13)的位置对应，每个介质背腔由一组贯通上介质板(4)和下介质板(5)的第四金属化孔(16)围成，所围成的水平截面图形为长圆形或矩形，该图形的垂直中心线与辐射贴片(13)的垂直中心线共线，第四金属化孔(16)的上端与上屏蔽板(15)形成电连接，第四金属化孔(16)的下端与下屏蔽板(6)形成电连接；当介质背腔的水平截面图形为长圆形时，所有第四金属化孔(16)的内切长圆形的宽度w=(0.8～1.2)a，所有第四金属化孔(16)的内切矩形的长度s1=(0.8～1.5)a，a为辐射贴片(13)的边长；当介质背腔的水平截面图形为矩形时，所有第四金属化孔(16)的内切长圆形的宽度为w，所有第四金属化孔(16)的内切矩形的长度s2=(1～2)a。

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