CN104638373B - 单脉冲滤波天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单脉冲滤波天线阵列，包括层叠设置的上介质基板以及下介质基板，上介质基板的上表面设置有第一金属层，下介质基板的上、下表面分别设置有第二金属层和第三金属层，下介质基板上开设有多个第一金属化通孔，上介质基板上开设有多个第二金属化通孔；该多个第一金属化通孔与第二金属层以及第三金属层围成双模谐振腔；该多个第二金属化通孔、第一金属层以及第二金属层围成两个第二矩形谐振腔以及四个第三矩形谐振腔，每一第二矩形谐振腔分别与对应的两个第三矩形谐振腔耦合并呈“品”字形分布；每一第三矩形谐振腔对应的第一金属层上均开设有用于辐射信号的辐射缝隙。本发明具有损耗更小、结构更紧凑、***的效率更高的有益效果。

Description

单脉冲滤波天线阵列

技术领域

本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种单脉冲滤波天线阵列。

背景技术

单脉冲天线是在第二次世界大战后出现并在五、六十年代迅速发展起来的一种精密跟踪天线。随着导弹、火箭、人造卫星和宇航技术的发展，原先采用几种雷达跟踪体制都不能满足跟踪精度和速度方面不断提高的要求。而单脉冲体制原则上只需要一个回波脉冲就能获得目标的距离和全部角坐标信息，这样就大大加快了提取目标角度信息的速度。同时其跟踪精度和抗干扰能力均优于原来的体制，因而得到了广泛的应用。但是，传统的单脉冲天线只负责辐射“和”“差”两种不同波束，仅仅作为辐射电磁波而存在，使得***中还必须在天线之前加入将工作频率以外的信号滤除的滤波电路，增加了***体积和***的损耗。

现有技术存在缺陷，亟需改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单脉冲滤波天线阵列。

一种单脉冲滤波天线阵列，包括层叠设置的上介质基板以及下介质基板，所述上介质基板的上表面设置有第一金属层，所述下介质基板的上表面设置有第二金属层，所述下介质基板的下表面设置有第三金属层，所述下介质基板上开设有多个第一金属化通孔，所述上介质基板上开设有多个第二金属化通孔；

该多个第一金属化通孔与所述第二金属层以及所述第三金属层围成一正方形的双模谐振腔，所述双模谐振腔在所述第三金属层上的投影的两个相邻的边的中点处分别设置有用于进行“和”支路馈电的第一微带线以及用于进行“差”支路馈电的第二微带线；该多个第二金属化通孔、所述第一金属层以及所述第二金属层围成两个正对且间隔分布的第二矩形谐振腔以及四个依次正对且均匀间隔分布的第三矩形谐振腔，每一所述第二矩形谐振腔分别与对应的两个所述第三矩形谐振腔耦合并呈“品”字形分布；该两个第二矩形谐振腔分别与所述双模谐振腔局部地重叠，并且每一所述第二矩形谐振腔与所述双模谐振腔重叠的部分所对应的第二金属层上均设置有耦合缝隙以实现所述双模谐振腔与对应两个所述第二矩形谐振腔的耦合；每一所述第三矩形谐振腔对应的第一金属层上均开设有用于辐射信号的辐射缝隙。

在本发明提供的单脉冲滤波天线阵列中，所述第二矩形谐振腔与对应的所述第三矩形谐振腔通过设置于其间的第一耦合开口耦合连接，每一所述第二矩形谐振腔对应的两个第一耦合开口关于该第二矩形谐振腔在所述第二金属层上的投影的中垂线对称。

在本发明提供的单脉冲滤波天线阵列中，每一所述辐射缝隙均呈矩形条状并沿着该四个第三矩形谐振腔排列的方向延伸。

在本发明提供的单脉冲滤波天线阵列中，所述辐射缝隙的中心点与对应所述第三矩形谐振腔在所述第一金属层上投影的中心点重合。

在本发明提供的单脉冲滤波天线阵列中，所述耦合缝隙呈矩形条状，所述双模谐振腔在所述第二金属层上的投影与所述第二矩形谐振腔在所述第二金属层上的投影的重合部分的中心点与对应耦合缝隙的中心点重合。

在本发明提供的单脉冲滤波天线阵列中，该两个第二矩形谐振腔沿着每一所述第二矩形谐振腔的长度方向排列，该四个第三矩形谐振腔沿着每一所述第三矩形谐振腔的宽度方向排列。

在本发明提供的单脉冲滤波天线阵列中，所述上介质基板以及所述下介质基板均采用Rogers 5880的材料制成。

在本发明提供的单脉冲滤波天线阵列中，所述下介质基板的厚度为0.254mm，所述上介质基板的厚度为0.508mm。

实施本发明具有以下有益效果：由于本发明将滤波电路和天线这种辐射电路集成在一起设计，其中的第三矩形谐振腔既作为最后一级谐振器而存在，并且通过辐射缝隙向外辐射信号，从而使得相比与单独设计天线和滤波电路再集成在一起的设计而言，损耗更小、结构更紧凑、***的效率更高。

附图说明

图1是本发明一优选实施例中的单脉冲滤波天线阵列的整体结构示意图。

图2是图1所示实施例中的单脉冲滤波天线阵列的局部分解结构示意图。

图3是图1所示实施例中的单脉冲滤波天线阵列的平面透视结构示意图。

图4是本发明一实施实例的“和”支路的回波损耗仿真与测试结果。

图5是本发明一实施实例的“差”支路的回波损耗仿真与测试结果。

图6是本发明一实施实例的“和”支路与“差”支路的方向图仿真结果。

图7是本发明一实施实例的“和”支路与“差”支路的方向图测试结果。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供了一种单脉冲滤波天线阵列。

同时参照图1、图2以及图3，在本实施例中，该单脉冲滤波天线阵列包括层叠设置的下介质基板1以及上介质基板2，所述上介质基板2的上表面设置有第一金属层5，所述下介质基板1的上表面设置有第二金属层4，所述下介质基板1的下表面设置有第三金属层3。所述下介质基板1上开设有多个第一金属化通孔8，所述上介质基板2上开设有多个第二金属化通孔21。其中下介质基板1以及上介质基板2均采用Rogers 5880材料制成，并且下介质基板1的厚度为0.254mm，上介质基板2的厚度为0.508mm。第一金属化通孔8以及第二金属化通孔21的直径均为0.25mm。

具体地，该多个第一金属化通孔8呈正方形排列，其与所述第二金属层4以及所述第三金属层3围成一正方形的双模谐振腔9，优选地，该正方形的边长为7.75mm。所述双模谐振腔9在所述第三金属层3的投影的两个相邻的边的中点处分别设置有用于进行“和”支路馈电的第一微带线6以及用于进行“差”支路馈电的第二微带线7。其中，第一微带线6和第二微带线7均呈矩形条状，第一微带线6的宽度为0.77mm，第二微带线7的宽度也为0.77mm。

该多个第二金属化通孔21、所述第一金属层5以及所述第二金属层4围成两个正对且间隔分布的第二矩形谐振腔11以及四个依次正对且均匀间隔分布的第三矩形谐振腔12，优选地，该两个第二矩形谐振腔11的长度均为7.9mm，宽度均为4mm。该四个第三矩形谐振腔12的长度均为9.4mm，宽度均为4.5mm。每一所述第二矩形谐振腔11分别与对应的两个所述第三矩形谐振腔12耦合并呈“品”字形分布，四个第三矩形谐振腔12分成两对，每一对分别与一个第二矩形谐振腔11对应。

具体地，该两个第二矩形谐振腔11沿着每一第二矩形谐振腔11的长度方向排列，该四个第三矩形谐振腔12沿着每一第三矩形谐振腔12的宽度方向排列。该两个第二矩形谐振腔11分别与所述双模谐振腔9局部地对准，并且每一所述第二矩形谐振腔1与所述双模谐振腔9对准的部分所对应的第二金属层4上均设置有耦合缝隙10以实现所述双模谐振腔9与对应第二矩形谐振腔11的耦合。每一所述第三矩形谐振腔12对应的第一金属层5上均开设有用于辐射信号的辐射缝隙13。

得益于本发明将滤波电路和天线这种辐射电路集成在一起设计，其中的第三矩形谐振腔12既作为最后一级谐振器而存在，并且通过辐射缝隙13向外辐射信号，从而使得相比与单独设计天线和滤波电路再集成在一起的设计而言，损耗更小、结构更紧凑、***的效率更高，这种设计单脉冲滤波天线阵列的技术十分适合用于高集成度、低损耗的通信前端。

进一步地，所述第二矩形谐振腔11与对应的所述第三矩形谐振腔13通过设置于其间的第一耦合开口14耦合连接，每一所述第二矩形谐振腔11对应的两个第一耦合开口14关于该第二矩形谐振腔11在所述第二金属层4上的投影的中垂线对称；并且，每一第一耦合开口14的宽度均为1.8mm。

每一所述辐射缝隙13均呈矩形条状并沿着该四个第三矩形谐振腔12排列的方向延伸，辐射缝隙13长度均为3.17mm，宽度均为0.25mm。所述辐射缝隙13的中心点与对应所述第三矩形谐振腔12在所述第一金属层5上投影的中心点重合。

进一步地，所述耦合缝隙10呈矩形条状，该耦合缝隙10长度为1.54mm，宽度为0.75mm。所述双模谐振腔9与所述第二矩形谐振腔11在所述第二金属层上4的投影的重合部分的中心点与对应耦合缝隙10的中心点重合；优选地，该投影的重合部分呈正方形状，每一耦合缝隙10均沿着该正方形的重合部分的对角线分布，并且该两条耦合缝隙10的长度方向相互垂直。

可以理解地，本实施例中所涉及的各个尺寸参数只是一种优选实施方式下的情况，其不应该作为限制本发明保护范围的条件，其各个尺寸参数可以根据实际需要进行对应的变换。

图4为单脉冲滤波天线阵列的“和”支路的回波损耗性能的仿真与测试结果，图5为单脉冲滤波天线阵列的“差”支路的回波损耗性能的仿真与测试结果，图4和图5表明该天线在两种状态下均可以在中心频率为29.25GHz的工作频带内有效的辐射能量，且回波损耗曲线均呈现滤波电路的特性。

图6为天线“和”支路与“差”支路的方向图仿真结果，图7为天线的“和”支路与“差”支路的方向图测试结果，测试结果表明，该单脉冲天线阵列的“和”支路与“差”支路均能有效辐射满足单脉冲天线要求的方向图。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种单脉冲滤波天线阵列，其特征在于，包括层叠设置的上介质基板以及下介质基板，所述上介质基板的上表面设置有第一金属层，所述下介质基板的上表面设置有第二金属层，所述下介质基板的下表面设置有第三金属层，所述下介质基板上开设有多个第一金属化通孔，所述上介质基板上开设有多个第二金属化通孔；

该多个第一金属化通孔与所述第二金属层以及所述第三金属层围成一正方形的双模谐振腔，所述双模谐振腔在所述第三金属层上的投影的两个相邻的边的中点处分别设置有用于进行“和”支路馈电的第一微带线以及用于进行“差”支路馈电的第二微带线；该多个第二金属化通孔、所述第一金属层以及所述第二金属层围成两个正对且间隔分布的第二矩形谐振腔以及四个依次正对且均匀间隔分布的第三矩形谐振腔，每一所述第二矩形谐振腔分别与对应的两个所述第三矩形谐振腔耦合并呈“品”字形分布；该两个第二矩形谐振腔分别与所述双模谐振腔局部地重叠，并且每一所述第二矩形谐振腔与所述双模谐振腔重叠的部分所对应的第二金属层上均设置有耦合缝隙以实现所述双模谐振腔与对应两个所述第二矩形谐振腔的耦合；每一所述第三矩形谐振腔对应的第一金属层上均开设有用于辐射信号的辐射缝隙。

2.如权利要求1所述的单脉冲滤波天线阵列，其特征在于，所述第二矩形谐振腔与对应的所述第三矩形谐振腔通过设置于其间的第一耦合开口耦合连接，每一所述第二矩形谐振腔对应的两个第一耦合开口关于该第二矩形谐振腔在所述第二金属层上的投影的中垂线对称。

3.如权利要求1所述的单脉冲滤波天线阵列，其特征在于，每一所述辐射缝隙均呈矩形条状并沿着该四个第三矩形谐振腔排列的方向延伸。

4.如权利要求3所述的单脉冲滤波天线阵列，其特征在于，所述辐射缝隙的中心点与对应所述第三矩形谐振腔在所述第一金属层上投影的中心点重合。

5.如权利要求4所述的单脉冲滤波天线阵列，其特征在于，所述耦合缝隙呈矩形条状，所述双模谐振腔在所述第二金属层上的投影与所述第二矩形谐振腔在所述第二金属层上的投影的重合部分的中心点与对应耦合缝隙的中心点重合。

6.如权利要求1所述的单脉冲滤波天线阵列，其特征在于，该两个第二矩形谐振腔沿着每一所述第二矩形谐振腔的长度方向排列，该四个第三矩形谐振腔沿着每一所述第三矩形谐振腔的宽度方向排列。

7.如权利要求1所述的单脉冲滤波天线阵列，其特征在于，所述上介质基板以及所述下介质基板均采用Rogers 5880的材料制成。

8.如权利要求7所述的单脉冲滤波天线阵列，其特征在于，所述下介质基板的厚度为0.254mm，所述上介质基板的厚度为0.508mm。