CN110061362B - 有源相控阵天线单元级内监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有源相控阵天线单元级内监测装置,包括:微带贴片天线阵列、耦合馈线、等功分功分器、吸收电阻、微波介质基材和射频监测口。微带贴片天线阵列单元可采用任意贴片形式,阵列可采用任意阵列排布方式;吸收电阻连接于耦合馈线的一端,另一端通过等功分功分器将耦合馈线级联;耦合馈线长度可根据实际设计需求,覆盖任意微带贴片天线阵列单元个数;微带贴片天线阵列、耦合馈线和等功分功分器均印刷于单层微波介质基材上。本发明将微带贴片天线阵列和监测模块集成为一体,可减少设备量和电缆数量,较传统采用多层层压或多层穿板互联技术实现的监测模块,易于加工和实现,具有成本低,可靠性高,集成度高,便于制造和装配的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种有源相控阵天线单元级内监测装置。
背景技术
有源相控阵天线由成千上万个辐射单元组成,通过控制各个辐射单元的幅度相位关系来形成所需要的波束形状和指向。有源相控阵天线工作时,由于T/R组件工况变化,导致阵面辐射单元通道幅度相位变化,从而影响相控阵天线的性能,因此须实时对每个天线单元的幅相进行准确的监测、修正和补偿,以保证有源相控阵天线性能。由此,高性能监测***是高性能有源相控阵天线的必须设备,良好的监测***对缩短有源相控阵天线的调试周期、提高有源相控阵天线电气性能起着非常重要的作用。
经典的监测方法可按监测信号馈入的位置分为:内监测和外监测。从校准原理上看,“外监测”受外部环境影响较大,实际工作环境中使用时,校准精度相对较低;而“内监测”通常是在阵列内部设置监测设备对有源相控阵天线进行实时监控,常用的监测设备有开关矩阵、监测网络等。“内监测”技术成熟、性能相对稳定,适合实际工作环境的使用,但是目前所采用的“内监测”方法硬件的设备量普遍较大,成本高,同时还需要使用大量的电缆,使得有源相控阵天线内空间布局紧张。而且传统设计的内监测模块常采用层压技术或多层互联技术,具有加工精度高,实现工艺难,成本高等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有源相控阵天线单元级内监测装置。
为解决上述问题,本发明提供一种有源相控阵天线单元级内监测装置,包括:
单层微波介质基材、吸收电阻、射频监测口,印刷于所述单层微波介质基材上的微带贴片天线阵列、耦合馈线和等功分功分器,其中,
所述微带贴片天线阵列分为N个微带贴片天线阵列单元组,每个微带贴片天线阵列单元组由多个微带贴片天线阵列单元按预设间隔排布而成,其中,N为正整数;
N条耦合馈线,其中,各条耦合馈线分别水平贯穿于对应的一个微带贴片天线阵列单元组中的各个微带贴片天线阵列单元中,各条耦合馈线并与对应的一个微带贴片天线阵列单元组中的各个微带贴片天线阵列单元间隔第一预设距离;
分别与N条耦合馈线的一端级连的等功分功分器,N条耦合馈线的另一端连接有吸收电阻;
所述等功分功分器上设置有射频监测口。
进一步的,在上述有源相控阵天线单元级内监测装置中,所述微带贴片天线阵列中的微带贴片天线阵列单元的排布方式包括三角阵排布或矩形阵排布。
进一步的,在上述有源相控阵天线单元级内监测装置中,所述微带贴片天线阵列单元采用包括矩形微带贴片、圆形微带贴片或异形微带贴片的天线单元形式。
进一步的,在上述有源相控阵天线单元级内监测装置中,所述耦合馈线包括50Ω或100Ω阻值的耦合馈线。
进一步的,在上述有源相控阵天线单元级内监测装置中,所述吸收电阻为与所述耦合馈线相匹配阻值的表贴电阻。
进一步的,在上述有源相控阵天线单元级内监测装置中,所述射频监测口的阻值为50Ω,射频接插件采用盲插件。
进一步的,在上述有源相控阵天线单元级内监测装置中,所述等功分功分器包括2等功分的功分器、4等功分的功分器或8等功分的功分器中的一种或任意组合。
与现有技术相比,本发明提出了一种应用于有源相控阵雷达单元级内监测***的监测装置,包括:微带贴片天线阵列、耦合馈线、等功分功分器、吸收电阻、微波介质基材和射频监测口。所述的微带贴片天线阵列单元可采用任意贴片形式,阵列可采用任意阵列排布方式;所述的吸收电阻连接于所述耦合馈线的一端,另一端通过所述的等功分功分器将所述的耦合馈线级联;所述的耦合馈线长度可根据实际设计需求,覆盖任意微带贴片天线阵列单元个数;所述的微带贴片天线阵列、所述的耦合馈线和所述的等功分功分器均印刷于单层微波介质基材上。本发明将微带贴片天线阵列和监测模块集成为一体,可减少设备量和电缆数量,较传统采用多层层压或多层穿板互联技术实现的监测模块,易于加工和实现,具有成本低,可靠性高,集成度高,便于制造和装配的特点。
附图说明
图1是本发明一实施例的8×2阵面规模监测模块示意图;
图2是本发明一实施例的16×2阵面规模监测模块示意图;
图3是本发明一实施例的8×8阵面规模监测模块示意图;
图4是本发明一实施例的射频监测口的驻波曲线图;
图5是本发明一实施例的8×2监测模块各个端口监测曲线示意图
图6是本发明一实施例的增加监测模块后阵中单元方向图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示,本发明提供一种有源相控阵天线单元级内监测装置,包括:单层微波介质基材6、吸收电阻3、射频监测口5,印刷于所述单层微波介质基材6上的微带贴片天线阵列、耦合馈线2和等功分功分器4,其中,
所述微带贴片天线阵列分为N个微带贴片天线阵列单元组,每个微带贴片天线阵列单元组由多个微带贴片天线阵列单元1按预设间隔排布而成,其中,N为正整数;
N条耦合馈线2,其中,各条耦合馈线2分别水平贯穿于对应的一个微带贴片天线阵列单元组中的各个微带贴片天线阵列单元1中,各条耦合馈线2并与对应的一个微带贴片天线阵列单元组中的各个微带贴片天线阵列单元1间隔第一预设距离;
在此,耦合馈线2与微带贴片天线单元1的第一预设距离d决定了监测能量的大小,距离越近,能量越大;距离越远,能量越小;
根据本发明的一个实施例,每根耦合馈线2水平贯穿于一个微带贴片天线阵列组中,每根耦合馈线的长度覆盖8个微带贴片天线阵列单元1,从每个微带贴片天线阵列单元1上获取的监测能量大小为-30dB;
分别与N条耦合馈线2的一端级连的等功分功分器4,N条耦合馈线2的另一端连接有吸收电阻3;
所述等功分功分器4上设置有射频监测口5。
本发明的有源相控阵天线单元级内监测装置一实施例中,所述微带贴片天线阵列中的微带贴片天线阵列单元的排布方式包括三角阵排布或矩形阵排布,且阵面规模不受限制。
根据本发明的一个实施例,所述微带贴片天线阵列中的微带贴片天线阵列单元采用三角阵排布形式,微带贴片天线阵列单元天线采用矩形贴片形式。
本发明的有源相控阵天线单元级内监测装置一实施例中,所述微带贴片天线阵列单元1采用包括矩形微带贴片、圆形微带贴片或异形微带贴片的天线单元形式。
本发明的有源相控阵天线单元级内监测装置一实施例中,所述的耦合馈线2包括50Ω或100Ω或任意阻值的馈线,耦合馈线2的长度可根据实际设计需求覆盖任意微带贴片天线阵列单元1的个数。
本发明的有源相控阵天线单元级内监测装置一实施例中,所述吸收电阻3为与所述耦合馈线2相匹配阻值的表贴电阻。
根据本发明的一个实施例,所述耦合馈线2采用50Ω馈线,所述的吸收电阻采用50Ω表贴电阻,端接于所述的50Ω耦合馈线的终端。
本发明的有源相控阵天线单元级内监测装置一实施例中,所述等功分功分器4可根据实际应用设计需求,设计任意端口数的等功分功分器4,与所述的耦合馈线2阻抗匹配,实现级联。
根据本发明的一个实施例,采用2等分功分器将两行的50Ω耦合馈线级联。
根据本发明的一个实施例,所述射频监测口5的阻值为50Ω,射频接插件采用盲插件。
本发明的有源相控阵天线单元级内监测装置一实施例中,所述微带贴片天线阵列单元1、耦合馈线2和等功分功分器4均印刷于单层微波介质基材上。微波介质基材根据实际需求,可选用任意介电常数的微波介质基材。
本发明提出了一种应用于有源相控阵雷达单元级内监测***的监测装置,包括:微带贴片天线阵列、耦合馈线、等功分功分器、吸收电阻、微波介质基材和射频监测口。所述的微带贴片天线阵列单元可采用任意贴片形式,阵列可采用任意阵列排布方式;所述的吸收电阻3连接于所述耦合馈线2的一端,另一端通过所述的等功分功分器4将所述的耦合馈线2级联;所述的耦合馈线长度可根据实际设计需求,覆盖任意微带贴片天线阵列单元个数;所述的微带贴片天线阵列、所述的耦合馈线和所述的等功分功分器均印刷于单层微波介质基材上。本发明将微带贴片天线阵列和监测模块集成为一体,可减少设备量和电缆数量,较传统采用多层层压或多层穿板互联技术实现的监测模块,易于加工和实现,具有成本低,可靠性高,集成度高,便于制造和装配的特点。
本发明针对目前“内监测”硬件设备量大,设计复杂,成本高等问题,提出一种有源相控阵天线单元级内监测装置,该监测装置集成于阵列单元上,可有效监测到阵面的每个单元,较传统采用多层层压或多层穿板互联技术实现的监测网络,具有易于加工,成本低,可靠性高,集成度高,便于制造和装配的特点,同时减小了监测***的设备量和电缆数量,提高了高频箱内空间利用率。
本发明解决了现有技术单元级监测装置设计复杂,加工工艺要求高,装配困难,且监测设备量加大、电缆组件增多、高频箱空间布局紧张、***可靠性低的问题,有效提高了***集成度,是有源相控阵天线实现单元级内监测的理想之选。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
参见图1,在本实施例中,一种有源相控阵天线单元级内监测装置包括微带贴片天线阵列1、耦合馈线2、吸收电阻3、等功分功分器4、射频监测口5、微波介质基材6。微带贴片天线阵列1可选取不同的微带贴片形式和不同阵列的排布方式,在此仅作为一个优选的实施例,以便更好地描述本发明的结构及其性能。
耦合馈线2和微带贴片天线阵列1印刷于同一层微波介质基材6上,两者的间距为d,通过调整间距d,可从各个单元获得不同监测能量的大小。耦合馈线2可选用50Ω的微带馈线,吸收电阻3选用与之相匹配的50Ω表贴电阻连接于耦合馈线的末端,进行能量的吸收。但是也并不限制于此,根据实际设计应用需求,也可以选用100Ω或其它任意阻值的耦合馈线和相应匹配的表贴电阻应用到本发明实施例中。
耦合馈线2长度覆盖所需监测单元的个数,本实施例中,给出了一个8×2的小阵,耦合长度覆盖了8个被监测的单元,但是也并不限制于此,根据实际设计应用需求,长度可覆盖任意监测单元数,参见图2,覆盖了16个被监测单元,仍获得良好的监测性能。
等功分功分器4将不同的耦合馈线2级联。本实施例中采用2等功分的功分器将两行耦合馈线级联。但是也并不限制于此,根据实际设计应用需求,若阵面排布空间足够,可以采用4等功分的功分器、8等功分的功分器或任意等功分功分器将耦合馈线级联,形成射频监测口7,参见图3,能尽可能的减少高频箱内的监测设备量和电缆数量,降低成本,提高可靠性。
微波介质基材6可以为任意能够传输微波信号的单层双面覆铜介质材料,微带贴片天线阵列1、耦合馈线2、等分功分器4均印刷于该微波介质基材6的同一层上。
在本发明优选的实施例中,微波介质基材6选用TACONIC RF-35,厚度1.5mm。耦合馈线的线宽为3.45mm。耦合馈线和微带贴片天线的间距d=1.5mm,具体尺寸可以根据实际需要进行配置。
下面结合图4和图6,对图1实施例的一种有源相控阵天线单元级内监测装置的性能进行详细的描述。
图4为图1实施例射频监测口的驻波曲线图,其中横坐标代表频率变量,单位GHz;纵坐标代表驻波VSWR幅度变量。如图所示,本实施例的工作频带为5.2GHz~5.8GHz,射频监测口驻波VSWR在通带内小于1.5。
图5为图1实施例射频监测口到各个天线单元的插损幅度曲线图,其中横坐标代表频率变量,单位GHz;纵坐标代表插损幅度变量,单位dB。如图所示,本实施例的工作频带为5.2GHz~5.8GHz,射频监测口到各个天线单元插损幅度范围为-25dB~-32.5dB。
图6为图1实施例阵中单元方向图,其中横坐标代表角度变量,单位度;纵坐标代表幅度变量,单位dB。如图所示,本实施例的设计方法没有影响单元本身的方向图,从而不会影响天线阵面的总体技术指标。
由此可见,通过在阵列天线单元旁边加耦合馈线实现监测模块的设计方法,不仅在结构上集成度高,加工工艺简单,成本低;在信号传输方面,性能优良。
依据上述各实施例的一种有源相控阵天线单元级内监测装置,与现有技术相比,其显著优点为:
1、微带贴片天线、耦合馈线和等功分功分器均印刷于单层微波介质基材上,避免了传统设计中层压和穿层互联的繁冗设计,具有设计简单、易于加工、成本低的特点。
2、采用耦合馈线水平贯穿于微带贴片天线阵列单元中,直接耦合出相应每个单元的能量,且不影响微带贴片天线阵列性能,省去了大量功分网络的设计,可有效减少监测***设备量和电缆数量。
3、根据有源相控阵的阵面规模,调整耦合馈线的长度,即可选择监测单元的个数;调整耦合馈线与单元的间距,即可调整监测能量的大小。在设计上十分的灵活方便。
4、具有单元级监测的功能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然,本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (1)
1.一种有源相控阵天线单元级内监测装置,其特征在于,包括:
单层微波介质基材、吸收电阻、射频监测口,印刷于所述单层微波介质基材上的微带贴片天线阵列、耦合馈线和等功分功分器,其中,
所述微带贴片天线阵列分为N个微带贴片天线阵列单元组,每个微带贴片天线阵列单元组由多个微带贴片天线阵列单元按预设间隔排布而成,其中,N为正整数;
N条耦合馈线,其中,各条耦合馈线分别水平对应一个微带贴片天线阵列单元组中的各个微带贴片天线阵列单元,各条耦合馈线并与对应的一个微带贴片天线阵列单元组中的各个微带贴片天线阵列单元间隔第一预设距离;
分别与N条耦合馈线的一端级连的等功分功分器,N条耦合馈线的另一端连接有吸收电阻;
所述等功分功分器上设置有射频监测口;
所述微带贴片天线阵列中的微带贴片天线阵列单元的排布方式包括三角阵排布或矩形阵排布;
所述微带贴片天线阵列单元采用包括矩形微带贴片、圆形微带贴片或异形微带贴片的天线单元形式;
所述耦合馈线包括50Ω或100Ω阻值的耦合馈线;
所述吸收电阻为与所述耦合馈线相匹配阻值的表贴电阻;
所述射频监测口的阻值为50Ω,射频接插件采用盲插件;
所述等功分功分器包括2等功分的功分器、4等功分的功分器或8等功分的功分器中的一种或任意组合。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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