CN108054523A - 一种频率扫描相控阵天线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于相控阵天线技术领域,具体地讲涉及一种频率扫描相控阵天线,包括慢波线组件、辐射组件和两块翼板;所述慢波线组件与辐射组件固定连接,慢波线组件的腔体与辐射组件的导孔的一端开口连通,两块所述翼板固定在辐射组件上,两块翼板分别位于辐射组件的导孔的另一端开口的两侧;所述慢波线组件的腔体的一端部设有波导转换器。本发明的天线减弱了辐射出的信号之间的互耦效应,具有传输信号损耗小、天线发射功率高、探测范围远、工作稳定性好的优点,满足了日常工作的性能需求和室外环境的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于相控阵天线技术领域,具体地讲涉及一种频率扫描相控阵天线。
背景技术
天线***功能是将来自雷达激励源的信号尽可能小损失的向自由空间进行辐射,或者接收空间回波信号时尽可能小损耗的将其送回雷达接收机。
相控阵天线主要有有源相控阵天线体制和频率扫描相控阵天线体制。频率扫描天线的慢波线直接关系着天线的损耗及辐射效率。
目前常用的是微带慢波线,但其存在传输信号损耗大、影响天线发射功率的缺点,而现有的波导慢波线天线的辐射出的信号之间互耦严重,降低了天线增益,不能满足日常工作的性能要求和室外环境的使用要求。
发明内容
根据现有技术中存在的问题,本发明提供了一种频率扫描相控阵天线,该天线减弱了辐射出的信号之间的互耦效应,具有传输信号损耗小、天线发射功率高、探测范围远、工作稳定性好的优点,满足了日常工作的性能需求和室外环境的使用要求。
本发明采用以下技术方案:
一种频率扫描相控阵天线,包括慢波线组件、辐射组件和两块翼板;所述慢波线组件与辐射组件固定连接,慢波线组件的腔体与辐射组件的导孔的一端开口连通,两块所述翼板固定在辐射组件上,两块翼板分别位于辐射组件的导孔的另一端开口的两侧;所述慢波线组件的腔体的一端部设有波导转换器。
优选的,所述慢波线组件包括上板和下板,上板和下板固定连接;所述上板的底面和下板的顶面的相应位置上均设有蛇形状的凹槽,所述慢波线组件的腔体为由上板的底面凹槽与下板的顶面凹槽扣合而形成的蛇形状内腔;所述波导转换器设在所述腔体的一头端部,波导转换器与上板和下板分别固定连接;所述辐射组件的底面与所述上板的顶面固定连接,两块所述翼板固定在辐射组件的顶面上。
进一步优选的,所述下板的顶面凹槽内在沿下板的长度方向上设有多个凸块,所述凸块的高度小于下板的顶面凹槽深度;所述上板在与凸块相应的位置上设有多个通孔,所述通孔连通慢波线组件的腔体;所述辐射组件在其与通孔相应的位置上设有导孔,导孔的下开口与通孔连通;两块所述翼板分别固定在导孔的上开口的两侧。
更进一步优选的,多个所述凸块、通孔和导孔均呈直线状布置;所有导孔的上开口处均设有凸出辐射组件的顶面的导管,所述导管的管腔与导孔的上开口连通;两块所述翼板的长度方向均平行于多个导孔的中心所形成的直线,两块所述翼板在沿着由导孔的下出口到导孔上出口的方向上呈敞口状;两块所述翼板沿多个导孔的中心所形成的直线对称分布,且翼板自靠近穿孔部件一侧向远离穿孔部件一侧倾斜向上延伸。
更进一步优选的,所述慢波线组件的腔体的另一端部设有负载,所述负载与上板和下板分别固定连接。
更进一步优选的,所述慢波线组件的上板与下板之间通过真空铝钎焊焊接固定;所述辐射组件与所述上板的顶面之间、两块所述翼板与辐射组件之间、波导转换器分别与上板和下板之间、负载与分别上板和下板之间均通过螺钉固定连接。
更进一步优选的,所述上板的顶面和下板的底面均设有减重槽。
更进一步优选的,所述上板、下板、辐射组件和两块翼板均采用3A21铝合金。
更进一步优选的,所述上板在沿其长度方向的两侧设有多个固定块。
本发明的有益效果在于:
1)本发明的天线包括包括慢波线组件、辐射组件和两块翼板,其中所述慢波线组件包括上板和下板,上板和下板固定连接;所述上板的底面和下板的顶面的相应位置上均设有蛇形状的凹槽,上板的底面与下板的顶面扣合连接,所述慢波线组件的腔体为由上板的底面凹槽与下板的顶面凹槽扣合而形成的蛇形状内腔。本发明中的天线采用的是波导慢波线,其相对于微带慢波线而言具有传输信号损耗小、天线发射功率高、探测范围远、工作稳定性好的优点,能够满足日益增强的性能需求和室外环境的使用要求。
2)本发明的天线中,多个所述凸块、通孔和导孔均呈直线状布置;所有导孔的上开口处均设有凸出辐射组件的顶面的导管,所述导管的管腔与导孔的上开口连通。所有导孔的上出口均设有凸出辐射组件的顶面的导管,延长了信号的并行传输通道,使得由导孔及导管辐射出来的各信号之间接近于平行,减少了相互的干扰,减弱了天线工作过程中传输信号在上出口处的互耦现象,提高了天线增益。
3)本发明的天线中,所述慢波线组件分为相互扣合的上板和下板,所述上板的底面和下板的顶面的相应位置上均设有蛇形状的凹槽,所述慢波线组件的腔体为由上板的底面凹槽与下板的顶面凹槽扣合而形成的蛇形状内腔;所述辐射组件的底面与所述上板的顶面均设有凸台,辐射组件与上板之间通过凸台之间的卡嵌限位固定。慢波线组件的上述结构避免了整体成型的加工难度大、性能可靠性差的缺点,通过普通的铣削加工就能完成,使得加工精度易于控制。
4)本发明的天线中,所述慢波线组件的上板与下板之间通过真空铝钎焊焊接固定;所述辐射组件与所述上板的顶面之间、两块所述翼板与辐射组件之间、波导转换器分别与上板和下板之间、负载与分别上板和下板之间均通过螺钉固定连接。上板与下板之间通过真空铝钎焊焊接,提高了慢波线组件的稳定性,也就相应的提高了天线工作的稳定性,同时,其他组件之间通过螺钉固定连接,在不影响天线工作稳定性时,提高了天线的装拆便捷性和机动性。
5)本发明的箱体结构中,所述上板的顶面和下板的底面均设有条状凹槽,所述上板、下板、辐射组件和两块翼板均采用3A21铝合金。凹槽的设置以及铝材的选择,有效地减小了本天线的重量,同时提高了天线自身的防腐抗氧化性,使得天线能够适应复杂的室外环境。
附图说明
图1为本发明的天线的立体***图一。
图2为本发明的天线的立体***图二。
图3为本发明的天线的上板结构图。
图4为本发明的天线的下板结构图。
图5为本发明的天线的辐射组件的结构图。
图6a为本天线的导孔的上出口处设有导管时的仿真模型。
图6b为传统天线的导孔的上出口未设有导管时的仿真模型。
图7a、图7b分别为本天线各频点方位面方向图的仿真图和仿真结果中方位面方向图局部放大图。
图8a、图8b分别为传统天线各频点方位面方向图的仿真图和仿真结果中方位面方向图局部放大图。
附图标记:1-慢波线组件,2-辐射组件,3-翼板,4-波导转换器,5-负载,11-上板,12-下板,21-导孔,211-导管,111-通孔,112-固定块,121-凸块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示,一种频率扫描相控阵天线,包括慢波线组件1、辐射组件2和两块翼板3;所述慢波线组件1与辐射组件2固定连接,慢波线组件1的腔体与辐射组件2的导孔21的一端开口连通,两块所述翼板3固定在辐射组件2上,两块翼板3分别位于辐射组件2的导孔的另一端开口的两侧;所述慢波线组件1的腔体的一端部设有波导转换器4。
如图3、图4所示,所述慢波线组件1包括上板11和下板12,上板11和下板12固定连接;所述上板11的底面和下板12的顶面的相应位置上均设有蛇形状的凹槽,所述慢波线组件1的腔体为由上板11的底面凹槽与下板12的顶面凹槽扣合而形成的蛇形状内腔;所述波导转换器4设在所述腔体的一头端部,波导转换器4与上板11和下板12分别固定连接;所述辐射组件2的底面与所述上板11的顶面固定连接,两块所述翼板3固定在辐射组件2的顶面上。
如图5所示,所述下板12的顶面凹槽内在沿下板12的长度方向上设有多个凸块121,所述凸块121的高度小于下板12的顶面凹槽深度;所述上板11在与凸块121相应的位置上设有多个通孔111,所述通孔111连通慢波线组件1的腔体;所述辐射组件2在其与通孔111相应的位置上设有导孔21,导孔21的下开口与通孔111连通;两块所述翼板3分别固定在导孔21的上开口的两侧。
多个所述凸块121、通孔111和导孔21均呈直线状布置;所有导孔21的上开口处均设有凸出辐射组件2的顶面的导管211,所述导管211的管腔与导孔21的上开口连通;两块所述翼板3的长度方向均平行于多个导孔21的中心所形成的直线,两块所述翼板3在沿着由导孔21的下出口到导孔21上出口的方向上呈敞口状;两块所述翼板3沿多个导孔21的中心所形成的直线对称分布,且翼板3自靠近穿孔部件一侧向远离穿孔部件一侧倾斜向上延伸。
所述慢波线组件1的腔体的另一端部设有负载5,所述负载5与上板11和下板12分别固定连接。
所述慢波线组件1的上板11与下板12之间通过真空铝钎焊焊接固定;所述辐射组件2与所述上板11的顶面之间、两块所述翼板3与辐射组件2之间、波导转换器4分别与上板11和下板12之间、负载5与分别上板11和下板12之间均通过螺钉固定连接。
所述上板11的顶面和下板12的底面均设有减重槽。
所述上板11、下板12、辐射组件2和两块翼板3均采用3A21铝合金。
所述上板11在延其长度方向的两侧设有多个固定块112。
根据上述天线的结构,辐射组件2的导孔21及导管211组成天线的辐射口,凸块121相当于慢波线组件的耦合凸台,通孔111相当于慢波线组件的耦合口。
下面结合实施例对本发明中的天线进行举例说明。
实施例1:
本发明的天线在工作过程中可以实现接收和发射过程。
当天线接收信号时,从辐射口处接收的信号在耦合口和耦合凸台处进行耦合,然后沿着慢波线进行传输,主波信号向波导转换器4传输,杂波信号向负载传输,主波信号在波导转换器4处转换成电信号通过射频连接器传输到接收组件,杂波信号在负载5处被吸收;
当天线发射信号时,发射组件发出的电信号传输至射频连接器,再传输至波导转换器4,经过转换后变成发射波信号,发射波信号沿着慢波线进行传输,在每个耦合口和耦合凸台位置进行耦合,然后通过辐射口向空间发射,多余的发射波信号传输到负载5处被吸收。
在天线的增益计算中,天线的输入功率和输出功率的换算公式为:
其中,G为天线增益,P2为输出功率,P1为输入功率。从公式可以看出,天线增益能够让天线实现小的输入大的输出最好,通过公式可知,增益越大就越能实现这一目的。因此,天线传输损耗的高低在天线性能上主要体现在天线增益上。
下面通过仿真来对比本发明的天线与传统天线的天线增益。
如图6a所示,图6a为本天线的导孔的上出口处设有导管时的仿真模型。图7a、图7b分别为本天线各频点方位面方向图的仿真图和仿真结果中方位面方向图局部放大图。
如图6b所示,图6b为传统天线的导孔的上出口未设有导管时的仿真模型。图8a、图8b分别为传统天线各频点方位面方向图的仿真图和仿真结果中方位面方向图局部放大图。
从图7a和图7b中可以看出,15.74GHz频点m2处增益为25.95dBi,19.98GHz频点m1处增益为26.36dBi。从图8a和图8b中可以看出,15.74GHz频点m2处增益为23.3dBi,19.98GHz频点m1处增益为24.53dBi。可上述可知,本天线的导孔的上出口处设有导管时,在15.74GHz频点处增益增加2.65dBi,19.98GHz频点处增益增加1.83dBi。由此可见,本发明的天线的导孔的上出口处设有导管时,减弱了辐射出的信号之间的互耦效应,增强了频点处的增益,提高了天线的工作性能。
综上所述,本发明的天线减弱了辐射出的信号之间的互耦效应,具有传输信号损耗小、天线发射功率高、探测范围远、工作稳定性好的优点,满足了日常工作的性能需求和室外环境的使用要求。
Claims (9)
1.一种频率扫描相控阵天线,其特征在于:包括慢波线组件(1)、辐射组件(2)和两块翼板(3);所述慢波线组件(1)与辐射组件(2)固定连接,慢波线组件(1)的腔体与辐射组件(2)的导孔(21)的一端开口连通,两块所述翼板(3)固定在辐射组件(2)上,两块翼板(3)分别位于辐射组件(2)的导孔的另一端开口的两侧;所述慢波线组件(1)的腔体的一端部设有波导转换器(4)。
2.根据权利要求1所述的一种频率扫描相控阵天线,其特征在于:所述慢波线组件(1)包括上板(11)和下板(12),上板(11)和下板(12)固定连接;所述上板(11)的底面和下板(12)的顶面的相应位置上均设有蛇形状的凹槽,所述慢波线组件(1)的腔体为由上板(11)的底面凹槽与下板(12)的顶面凹槽扣合而形成的蛇形状内腔;所述波导转换器(4)设在所述腔体的一头端部,波导转换器(4)与上板(11)和下板(12)分别固定连接;所述辐射组件(2)的底面与所述上板(11)的顶面固定连接,两块所述翼板(3)固定在辐射组件(2)的顶面上。
3.根据权利要求2所述的一种频率扫描相控阵天线,其特征在于:所述下板(12)的顶面凹槽内在沿下板(12)的长度方向上设有多个凸块(121),所述凸块(121)的高度小于下板(12)的顶面凹槽深度;所述上板(11)在与凸块(121)相应的位置上设有多个通孔(111),所述通孔(111)连通慢波线组件(1)的腔体;所述辐射组件(2)在其与通孔(111)相应的位置上设有导孔(21),导孔(21)的下开口与通孔(111)连通;两块所述翼板(3)分别固定在导孔(21)的上开口的两侧。
4.根据权利要求3所述的一种频率扫描相控阵天线,其特征在于:多个所述凸块(121)、通孔(111)和导孔(21)均呈直线状布置;所有导孔(21)的上开口处均设有凸出辐射组件(2)的顶面的导管(211),所述导管(211)的管腔与导孔(21)的上开口连通;两块所述翼板(3)的长度方向均平行于多个导孔(21)的中心所形成的直线,两块所述翼板(3)在沿着由导孔(21)的下出口到导孔(21)上出口的方向上呈敞口状;两块所述翼板(3)沿多个导孔(21)的中心所形成的直线对称分布,且翼板(3)自靠近穿孔部件一侧向远离穿孔部件一侧倾斜向上延伸。
5.根据权利要求4所述的一种频率扫描相控阵天线,其特征在于:所述慢波线组件(1)的腔体的另一端部设有负载(5),所述负载(5)与上板(11)和下板(12)分别固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种频率扫描相控阵天线,其特征在于:所述慢波线组件(1)的上板(11)与下板(12)之间通过真空铝钎焊焊接固定;所述辐射组件(2)与所述上板(11)的顶面之间、两块所述翼板(3)与辐射组件(2)之间、波导转换器(4)分别与上板(11)和下板(12)之间、负载(5)与分别上板(11)和下板(12)之间均通过螺钉固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种频率扫描相控阵天线,其特征在于:所述上板(11)的顶面和下板(12)的底面均设有减重槽。
8.根据权利要求7所述的一种频率扫描相控阵天线,其特征在于:所述上板(11)、下板(12)、辐射组件(2)和两块翼板(3)均采用3A21铝合金。
9.根据权利要求8所述的一种频率扫描相控阵天线,其特征在于:所述上板(11)在沿其长度方向的两侧设有多个固定块(112)。
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