CN104518290A

CN104518290A - 一种用于l波段宽角扫描的相控阵雷达天线

Info

Publication number: CN104518290A
Application number: CN201410816194.2A
Authority: CN
Inventors: 张喆; 王亚亮; 任辉; 马玉新
Original assignee: SHAANXI TURN ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHAANXI TURN ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2015-04-15

Abstract

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线，包括金属反射板，所述金属反射板上设置有若干排L型支撑件，所述支撑件上设置有若干寄生柱，相邻两寄生柱之间设置有振子单元，所述振子单元按三角形阵列排布。本发明特殊的三角形阵列结构，再通过对天线单元的寄生结构以及检测环天线的巧妙设计，使其具有宽频带，宽波束，高隔离，宽扫描范围，带内无扫描盲点等优越的电气性能，天线的结构简便，重量轻巧，制造方便，易于进行大型雷达天线阵列的生产和实验。

Description

一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线。

背景技术

在现代雷达技术中，具有大瞬时带宽、大角扫描特性(10％带宽，±60°扫描范围)的相控阵天线在未来的防空武器和测控***中具有重大作用，但是宽角扫描有两个技术难点，即存在扫描盲点和大角度扫描时会使增益降低。同时这种天线测试、维护难度也很高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线，该天线宽频带，宽波束，高隔离，宽扫描范围，并且结构简单。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：包括金属反射板，所述金属反射板上设置有若干排L型支撑件，所述支撑件上设置有若干寄生柱，相邻两寄生柱之间设置有振子单元，所述振子单元按三角形阵列排布。

进一步的，所述振子单元正面为两臂下折的微带对称振子，所述振子长度为中心频率波长的0.4～0.5倍，宽度为中心频率波长的0.1～0.2倍，下折角度为30°。

进一步的，所述微带对称振子采用FR4型双面覆铜介质板，介电常数ε_r＝4.4，介质损耗角正切tanδ＝0.02，介质板厚度2mm，介质板双面覆着铜箔的厚度为36μm。

进一步的，所述振子单元背面设置有用于耦合馈电的渐变巴伦，所述渐变巴伦包括渐变匹配部分和耦合馈电部分，渐变匹配部分呈梯形，底部宽度为中心频率波长的0.02～0.03倍，顶部宽度为中心频率波长的0.01～0.02倍，渐变部分长度为中心频率波长的0.15～0.20倍；耦合馈电部分呈倒U型，U型部分宽度一致为中心频率波长的0.01～0.02倍，总长度为中心频率波长的0.36～0.38倍。

进一步的，所述振子单元背面对称设置有检测小环天线，所述检测小环天线通过同轴线与振子单元连接。

进一步的，所述检测小环天线为微带形式，其蚀刻于振子单元两臂的背面，小环周长约为中心频率波长的0.1倍。

进一步的，所述检测小环天线的输出端分别串接高阻电阻，再与匹配电阻并接，然后与阵子天线连接，所述高阻电阻的阻值为470Ω～520Ω，所述匹配电阻的阻值为47～55Ω。

进一步的，所述振子单元按三角形阵列排布，平行阵子方向阵间距为中心频率波长的0.5～0.6倍，垂直振子方向阵间距为中心频率波长的0.4～0.5倍。

进一步的，所述寄生柱为矩形金属柱，高度为中心频率波长的0.2～0.3倍，垂直于振子单元面方向的宽度为中心频率波长的0.06～0.08倍，所述寄生柱距相邻振子单元中心间距为中心频率波长的0.5～0.6倍。

进一步的，所述的金属反射板，宽度为中心频率波长的2.4～2.6倍，长度为中心频率波长的3.1～3.4倍，金属反射板到振子单元顶端的距离为中心频率波长的0.25-0.35倍。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：利用寄生技术有效的展宽振子单元方向图，并应用三角形阵列展宽振子单元的阵中方向图，保证振子单元方形图半功率波束宽度能够覆盖整个扫描范围，这种特性能够保证将扫描盲点排除在扫描范围之外，同时保证大角扫描时天线的增益足够高。三角形阵列在相同的有效面积下，阵列单元数可相对减少13％，但阵列性能保持不变。通过设置寄生柱，可将单元方向图从60°展宽到120°以上，同时，寄生柱放在振子单元之间会起到隔离的作用。

进一步的，通过设置两臂下折的微带对称振子，保证振子单元H面方向图的波束宽度。

进一步的，通过设置渐变巴伦的馈电结构，保证天线在宽带范围内的匹配特性。

进一步的，通过设置检测小环检测天线，通过计算小环检测天线的输出数据，即可得到振子臂上的电流分布，进而通过远场计算得到振子单元的远场方向图，对方向图数据进行分析，即可判定振子单元是否工作正常，实现监控。

附图说明

图1为本发明俯视图；

图2为本发明侧视图；

图3为本发明振子单元示意图；

图4为阵列中心振子单元的驻波曲线；

图5为阵列中心振子单元的方向图；

图6为检测小环天线匹配时的驻波曲线；

图7为阵列中心振子单元与检测小环天线的互耦曲线；

图8为检测小环天线示意图；

其中：1为振子单元；2为寄生柱；3为金属反射板；4为检测小环天线；5为L型件；6为高阻电阻；7为匹配电阻。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

参见图1、2、8，本发明包括金属反射板3，所述金属反射板3上设置有若干排L型支撑件5，所述支撑件5上设置有若干寄生柱2，相邻两寄生柱2之间设置有振子单元1，所述振子单元1按三角形阵列排布，平行阵子方向阵间距为中心频率波长的0.5～0.6倍，垂直振子方向阵间距为中心频率波长的0.4～0.5倍。上述三角形阵列在相同的有效面积下，阵列单元数可相对减少13％，但阵列性能保持不变。

振子单元1正面为两臂下折的微带对称振子，所述振子长度为中心频率波长的0.4～0.5倍，宽度为中心频率波长的0.1～0.2倍，下折角度为30°。所述微带对称振子采用FR4型双面覆铜介质板，介电常数ε_r＝4.4，介质损耗角正切tanδ＝0.02，介质板厚度2mm，介质板双面覆着铜箔的厚度为36μm。

振子单元1背面设置有用于耦合馈电的渐变巴伦，所述渐变巴伦包括渐变匹配部分和耦合馈电部分，渐变匹配部分呈梯形，底部宽度为中心频率波长的0.02～0.03倍，顶部宽度为中心频率波长的0.01～0.02倍，渐变部分长度为中心频率波长的0.15～0.20倍；耦合馈电部分呈倒U型，U型部分宽度一致为中心频率波长的0.01～0.02倍，总长度为中心频率波长的0.36～0.38倍。所述微带对称阵子天线的两臂下折，下折的两臂能够展宽微带对称振子天线的H面方向图波束宽度，展宽宽度约为15°；所述巴伦对微带振子天线进行平衡馈电，可以起到宽带匹配的作用。

振子单元1背面对称设置有检测小环天线4，所述检测小环天线4通过同轴线与振子单元1连接。检测小环天线4为微带形式，其蚀刻于振子单元1两臂的背面，小环周长约为中心频率波长的0.1倍。检测小环天线4的输出端分别串接高阻电阻6，再与匹配电阻7并接，然后与阵子天线1连接，所述高阻电阻6的阻值为470Ω～520Ω，所述匹配电阻7的阻值为47～55Ω。

所述寄生柱2为矩形金属柱，高度为中心频率波长的0.2～0.3倍，垂直于振子单元1面方向的宽度为中心频率波长的0.06～0.08倍，所述寄生柱2距相邻振子单元1中心间距为中心频率波长的0.5～0.6倍。寄生柱可将单元方向图从60°展宽到120°以上，同时，寄生柱放在振子天线之间会起到隔离的作用。金属反射板3，宽度为中心频率波长的2.4～2.6倍，长度为中心频率波长的3.1～3.4倍，金属反射板3到振子单元1顶端的距离为中心频率波长的0.25-0.35倍。振子单元的正面向下倾斜部分为振子臂，中间部分为微带巴伦，底部横条为振子单元与L型件的焊接部。L型件5的高度为20mm。所述振子单元1用铆钉固定在L型件5上，L型件5采用铆钉固定在金属反射板3上。

参见图3，小环检测天线馈电端通过两个金属化过孔连接到正面的振子臂1上，在正面振子臂1上有一个小金属焊盘，焊盘周围的一圈金属蚀刻掉，以此来与振子臂绝缘，焊盘上有一个与背面小环检测天线相连的金属化过孔、焊盘之外的天线臂上也有同样的金属化过孔与小环检测天线相连，焊盘上的金属化过孔连接同轴线的芯线，振子臂上的金属化过孔连接同轴线外皮。同轴线的外皮一直沿着振子单元表面向下焊接至金属反射板附近，再通过射频接头连接到金属反射板上。通过计算小环检测天线的输出数据，即可得到振子臂上的电流分布，进而通过远场计算得到振子天线的远场方向图，对方向图数据进行分析，即可判定振子天线是否工作正常，实现监控。

参见图4-7，阵列中心振子单元的驻波在设计频段VSWR≤1.35；阵列中心单元在中心频率E面、H面方向图的半功率波束宽度分别为133°和117°，这就能够保证±60°扫描范围内无扫描盲点；阵列中心单元上蚀刻的检测小环天线在匹配状态下的VSWR≤1.3，检测小环天线与阵列中心单元之间的互耦约为-55dB。

本天线为相控阵天线，为保证阵列天线和检测小环天线的正常使用，需要对振子单元和检测小环进行初始校准。这一过程需要配置一种屏蔽环探头，通过探头检测每一个单元上电流的初始幅度和相位(存在加工误差和材料的公差，即使给相同的馈电模式，每个单元辐射端电流的初始幅度、相位也都不一样)，根据探头检测到的数据，通过后端馈电设备的调整，以阵列中心单元为基准，使每个单元辐射端的幅度和相位一致，这就完成的了对振子天线的校准；之后，在前一步校准的基础上，再通过检测环天线检测振子天线上的电流，检测数据同样是存在误差的，由于振子天线的辐射已经调成等副同相状态，所以将数据中的误差输入到检测小环天线后端的处理程序中，作为初始值进行归零，这样程序再处理检测小环天线输出的数据就是一致的，也即完成了检测小环天线的校准，然后整个阵列天线即可正常进行扫描使用和实时监控。阵列校准过之后，以后使用不需再进行校准，如果阵列更换单元，则需要重新进行校准。本天线扫描工作时，通过对每个单元馈电相位的控制实现扫描功能——以某一个单元为基准，相邻单元间依次相差固定差值的相位差。

本发明采用特殊的三角形阵列结构，再通过对天线单元的寄生结构以及检测环天线的巧妙设计，使其具有宽频带，宽波束，高隔离，宽扫描范围，带内无扫描盲点等优越的电气性能，天线的结构简便，重量轻巧，制造方便，易于进行大型雷达天线阵列的生产和实验。

Claims

1.一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线，其特征在于，包括金属反射板(3)，所述金属反射板(3)上设置有若干排L型支撑件(5)，所述支撑件(5)上设置有若干寄生柱(2)，相邻两寄生柱(2)之间设置有振子单元(1)，所述振子单元(1)按三角形阵列排布。

2.根据权利要求1所述的一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线，其特征在于，所述振子单元(1)正面为两臂下折的微带对称振子，所述振子长度为中心频率波长的0.4～0.5倍，宽度为中心频率波长的0.1～0.2倍，下折角度为30°。

3.根据权利要求2所述的一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线，其特征在于，所述微带对称振子采用FR4型双面覆铜介质板，介电常数ε_r＝4.4，介质损耗角正切tanδ＝0.02，介质板厚度2mm，介质板双面覆着铜箔的厚度为36μm。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线，其特征在于，所述振子单元(1)背面设置有用于耦合馈电的渐变巴伦，所述渐变巴伦包括渐变匹配部分和耦合馈电部分，渐变匹配部分呈梯形，底部宽度为中心频率波长的0.02～0.03倍，顶部宽度为中心频率波长的0.01～0.02倍，渐变部分长度为中心频率波长的0.15～0.20倍；耦合馈电部分呈倒U型，U型部分宽度一致为中心频率波长的0.01～0.02倍，总长度为中心频率波长的0.36～0.38倍。

5.根据权利要求1所述的一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线，其特征在于，所述振子单元(1)背面对称设置有检测小环天线(4)，所述检测小环天线(4)通过同轴线与振子单元(1)连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线，其特征在于，所述检测小环天线(4)为微带形式，其蚀刻于振子单元(1)两臂的背面，小环周长约为中心频率波长的0.1倍。

7.根据权利要求4所述的一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线，其特征在于，所述检测小环天线(4)的输出端分别串接高阻电阻(6)，再与匹配电阻(7)并接，然后与阵子天线(1)连接，所述高阻电阻(6)的阻值为470Ω～520Ω，所述匹配电阻(7)的阻值为47～55Ω。

8.根据权利要求1所述的一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线，其特征在于，所述振子单元(1)按三角形阵列排布，平行阵子方向阵间距为中心频率波长的0.5～0.6倍，垂直振子方向阵间距为中心频率波长的0.4～0.5倍。

9.根据权利要求1所述的一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线，其特征在于，所述寄生柱(2)为矩形金属柱，高度为中心频率波长的0.2～0.3倍，垂直于振子单元(1)面方向的宽度为中心频率波长的0.06～0.08倍，所述寄生柱(2)距相邻振子单元(1)中心间距为中心频率波长的0.5～0.6倍。

10.根据权利要求1所述的一种用于L波段宽角扫描的相控阵雷达天线，其特征在于，所述的金属反射板(3)，宽度为中心频率波长的2.4～2.6倍，长度为中心频率波长的3.1～3.4倍，金属反射板(3)到振子单元(1)顶端的距离为中心频率波长的0.25-0.35倍。