CN110768001A - 一种模块化阵列天线结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化阵列天线结构。该天线结构将功分馈电与阵列天线进行了一体化设计,能够在较小的体积下实现较高的辐射效率。该天线结构包括基板、功分馈电网络以及喇叭形天线;功分馈电网络设有信号馈入点,信号馈入点通过馈线引出的多个天线馈电点;每个天线馈电点设置有一组喇叭形天线。
Description
技术领域
本发明属于电磁脉冲测量技术,涉及一种天线,具体涉及一种模块化阵列天线结构。
背景技术
超宽谱电磁脉冲通常指脉冲前沿或者脉冲宽度在亚纳秒(10-10s)量级、频谱范围在数十MHz至数GHz范围内的瞬态电磁脉冲,它具有与核电磁脉冲相似的宽频谱和短脉冲特性。在目标探测、目标识别、电磁毁伤、电磁兼容、生物医学等许多领域得到了广泛应用。
超宽谱电磁脉冲辐射天线是超宽谱微波***中的核心部件,其作用是将脉冲源产生的超宽谱脉冲以一定波束宽度辐射到指定区域。小型化、轻量化、高效率、高带宽是超宽谱电磁脉冲辐射天线追求的方向。
目前常用的超宽谱电磁脉冲辐射天线有TEM喇叭天线、抛物反射面天线及阵列天线。TEM喇叭天线结构简单,具有较宽的带宽与较高的辐射效率,但辐射场波束较宽,无法在空间聚焦,导致辐射场强比较小,同时后向辐射大,对自身设备和人员影响较大。抛物反射面天线能将球面波转化为平面波进行辐射,因此具有很高的空间聚焦能力,能在较窄的波束范围内具有很高的辐射场强。但抛物反射面天线口径场均匀性较差,口径效率较低,导致反射面天线的整体辐射效率不高。且反射面天线通常体积较大,重量较重,也限制了其使用。在相同的辐射口径下,阵列天线的辐射效率要显著高于反射面天线,主要是因为阵列天线的口径场均匀性比较好,阵元数量越多,口径场均匀性越高,辐射效率越高。同时由于将馈入功率平均分配到各阵元,降低了天线的功率容量设计要求,可以使天线设计得更加紧凑,有利于提高天线的馈电效率。由于阵列天线具有更高的辐射效率,因此阵列天线可以设计得比较小巧紧凑,相较于反射面天线具有更小的体积和重量。
发明内容
为了提高阵列天线的辐射性能,本发明提出了一种模块化阵列天线结构,将功分馈电与阵列天线进行了一体化设计,能够在较小的体积下实现较高的辐射效率。
本发明的具体技术方案是:
本发明提供了一种模块化阵列天线结构,包括基板、功分馈电网络以及喇叭形天线;
功分馈电网络设置在基板正面,基板的背面覆铜;
功分馈电网络为一分2路的馈电结构,一分2路的馈电结构包括开设在基板上的信号馈入点以及由信号馈入点通过馈线引出的2个天线馈电点;
2个天线馈电点处均开设有第一通槽;基板上对应每一个第一通槽还开设有与该第一通道平行的第二通槽;
信号馈入点对应的基板背面均焊接有电缆头;
每个天线馈电点设置有一组喇叭形天线;
每组喇叭形天线包括上极板、下极板以及电流环;上极板、下极板构成喇叭形;
上极板馈电端、下极板馈电端均与第一通槽焊接,并且上极板馈电端、下极板馈电端之间设置隔离介质;
电流环的起始端与上极板馈电端焊接,电流环的终止端穿过所述第二通槽与基板的背面焊接。
进一步地,上述功分馈电网络有N组,拼接为T×S阵列,其中T为列,S为行;记:列为基板宽度方向,行为基板长度方向;
T为大于等于0的整数,S为大于等于2的整数。
进一步地,在沿基板长度方向,相邻两组喇叭形天线中,上一组下极板口径端与下一组上极板口径端相连。
进一步地,上述隔离介质采用尼龙或者聚四氟乙烯制作,所述基板采用微波板材,介电常数为2.65。
进一步地,上述电缆头为SMA接头。
本发明提供另一种模块化阵列天线结构,包括基板、功分馈电网络以及喇叭形天线;
功分馈电网络设置在基板正面,基板的背面覆铜;
功分馈电网络为一分2M路的馈电结构,M为大于等于2的整数;一分2M路的馈电结构包括开设在基板上的信号馈入点以及由信号馈入点通过馈线引出的2M路天线馈电点;其中,M≥2;
2M路天线馈电点处均开设有第一通槽;基板上对应每一个第一通槽还开设有与该第一通道平行的第二通槽;
信号馈入点对应的基板背面均焊接有电缆头;
每个天线馈电点设置有一组喇叭形天线;
每组喇叭形天线包括上极板、下极板以及电流环;上极板、下极板构成喇叭形;
上极板馈电端、下极板馈电端均与第一通槽焊接,并且上极板馈电端、下极板馈电端之间设置隔离介质;
电流环的起始端与上极板馈电端焊接,电流环的终止端穿过所述第二通槽与基板的背面焊接。
进一步地,上述功分馈电网络为N组,拼接为E×F阵列,其中E为列,F为行;记:列为基板宽度方向,行为基板长度方向;E和F为大于等于1的整数。
进一步地,在沿基板长度方向,相邻两组喇叭形天线中,上一组下极板口径端与下一组上极板口径端相连。
进一步地,上述隔离介质采用尼龙或者聚四氟乙烯制作,所述基板采用微波板材,介电常数为2.65。
进一步地,上述电缆头为SMA接头。
本发明的优点在于:
1、本发明采用在基板正面设置功分馈电网络、功分馈电网络的每一个天线馈电点处对应设置一组喇叭形小天线,通过将功分馈电网络和喇叭形小天线两者一体化设计,每个喇叭形天线的馈电端特性阻抗为100Ω,与通常的50Ω馈电阻抗相比可以减小馈点到天线口径的阻抗不连续带来的反射,提高馈电效率,在基板背面与上极板之间加一回流环,增强了低频辐射能力。
2、本发明可在基板正面设置多组功分馈电网络,从而构成的馈电阵列,通过馈电阵列构成天线阵列,该天线阵列不仅制作成本低、辐射效率高,并且一个信号馈入点可作为多个馈电点的输入,特别适合低功率超宽谱电磁脉冲的场景使用。
3、本发明在基板长度方向上,相邻两组喇叭形天线中,上一组下极板口径端与下一组上极板口径端相连,不仅可减小天线口径反射,扩展天线带宽,提高辐射效率,同时节省了制作成本和用料成本。
附图说明
图1为实施例1中1组一分16路功分馈电网络对应的基板正面视图;
图2为实施例2中16组一分2路功分馈电网络对应的基板正面视图;
图3为基板与天线安装在装配后的侧视图。
图4为实施例1实物图。
图5为实施例2实物图。
附图标记如下:
1-基板、2-功分馈电网络、3-喇叭形天线、4-信号馈入点、5-馈线、6-天线馈电点、7-100Ω微带线、8-50Ω微带线、9-50Ω等阻抗微带线9、10-100Ω等阻抗微带线、11-第一通槽、12-第二通槽、13-上极板、14-下极板、15-电流环。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚,以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种模块化阵列天线结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是:附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的;其次,附图所展示的结构往往是实际结构的一部分;再次,各附图需要展示的侧重点不同,有时会采用不同的比例。
实施例1
如图1、图3和图4所示,本实施例提供了一种模块化4×4阵列天线结构,包括基板1、功分馈电网络2以及喇叭形天线3;
功分馈电网络2设置在基板1正面,基板1的背面覆铜;本实施例中功分馈电网络2为一分16路(即M取8)的馈电结构,一分16路的馈电结构包括开设在基板1上的信号馈入点4以及由信号馈入点4通过馈线5引出的16个天线馈电点6。并且本实施例采用了在基板上设置了1组功分馈电网络(也可在基板上设置多组一分16路的功分馈电网络);
该功分馈电网络2采用4级功分馈电形式,第1级功分为信号由50Ω馈线进入后功分为两路100Ω微带线7,该微带线为100Ω至25Ω阻抗渐变线。第2级功分为25Ω微带线功分为两路50Ω微带线8,该微带线为50Ω至25Ω阻抗渐变线。第3级功分为25Ω微带线功分为两路50Ω等阻抗微带线9。第4级功分为50Ω微带线功分为两路100Ω等阻抗微带线10,该微带线与每个天线馈电点6连接。
每个天线馈电点6处均开设有第一通槽11;基板1上对应每一个第一通槽11还开设有与该第一通槽11平行的第二通槽12;信号馈入点4对应的基板背面均焊接有电缆头(本实施例中采用SMA接头,图中未示出);每个天线馈电点6设置有一组喇叭形天线3;每组喇叭形天线3包括上极板13、下极板14以及电流环15;上极板13馈电端、下极板14馈电端均与第一通槽11焊接,并且上极板13馈电端、下极板14馈电端之间设置隔离介质;电流环15的起始端与上极板13馈电端焊接,电流环15的终止端穿过所述第二通槽12与基板1的背面焊接。
为了进一步的提升辐射效果,在沿基板长度方向,相邻两组喇叭形天线中,上一组下极板14口径端与下一组上极板13口径端相连,同时,在基板1宽度方向上的相邻两组喇叭形天线3之间的间隔一定距离(一般为2厘米)。每个喇叭形天线的馈电端阻抗为100Ω。
本实施例中每个喇叭形天线3的口径宽度为6厘米,高度为6厘米。
其中,隔离介质采用尼龙制作,基板采用微波板材,介电常数为2.65。
实施例2
如图2、图3和图5所示,本实施例提供了一种模块化2×8阵列天线结构,包括基板1、功分馈电网络2以及喇叭形天线3;
功分馈电网络2设置在基板1正面,基板1的背面覆铜;本实施例中功分馈电网络3为一分2路的馈电结构,一分2路的馈电结构包括信号馈入点4以及由信号馈入点4通过馈线5引出的2个天线馈电点6;并且本实施例采用了在基板上设置了16组功分馈电网络(从而构成为2×8阵列);
每组功分馈电网络2中的2个天线馈电点6处均开设有第一通槽11;基板1上对应每一个第一通槽11还开设有与该第一通槽11平行的第二通槽12;信号馈入点4对应的基板1背面均焊接有电缆头(本实施例中采用SMA接头,图中未示出);每个天线馈电点6设置有一组喇叭形天线3;每组喇叭形天线3包括上极板13、下极板14以及电流环15;上极板13馈电端、下极板14馈电端均与第一通槽11焊接,并且上极板13馈电端、下极板14馈电端之间设置隔离介质;电流环15的起始端与上极板13馈电端焊接,电流环15的终止端穿过所述第二通槽12与基板1的背面焊接。
为了进一步的提升辐射效果,在沿基板1长度方向,相邻两组喇叭形天线3中,上一组下极板14口径端与下一组上极板13口径端相连,同时,在基板1宽度方向上的相邻两组喇叭形天线3之间的间隔一定距离(一般为2厘米)。每个喇叭形天线的馈电端阻抗为100Ω。
本实施例中每个喇叭形天线3的口径宽度为6厘米,高度为6厘米。
其中,隔离介质采用尼龙制作,基板采用微波板材,介电常数为2.65。
本发明的说明书已经对发明内容给出了充分的说明,各组件的具体参数可以根据实际需求设定,普通技术人员足以通过本发明说明书的内容加以实施。在权利要求的框架下,任何基于本发明思路的改进都属于本发明的权利范围。
Claims (10)
1.一种模块化阵列天线结构,其特征在于:包括基板(1)、功分馈电网络(2)以及喇叭形天线(3);
功分馈电网络(2)设置在基板(1)正面,基板(1)的背面覆铜;
功分馈电网络(2)为一分2路的馈电结构,一分2路的馈电结构包括开设在基板(1)上的信号馈入点(4)以及由信号馈入点(4)通过馈线(5)引出的2个天线馈电点(6);
2个天线馈电点(6)处均开设有第一通槽(11);基板(1)上对应每一个第一通槽(11)还开设有与该第一通道平行的第二通槽(12);
信号馈入点(4)对应的基板(1)背面均焊接有电缆头;
每个天线馈电点(6)设置有一组喇叭形天线(3);
每组喇叭形天线(3)包括上极板(13)、下极板(14)以及电流环(15);上极板(13)、下极板(14)构成喇叭形;
上极板(13)馈电端、下极板(14)馈电端均与第一通槽(11)焊接,并且上极板(13)馈电端、下极板(14)馈电端之间设置隔离介质;
电流环(15)的起始端与上极板(13)馈电端焊接,电流环(15)的终止端穿过所述第二通槽(12)与基板(1)的背面焊接。
2.根据权利要求1所述的模块化阵列天线结构,其特征在于:
功分馈电网络(2)有N组,拼接为T×S阵列,其中T为列,S为行;记:列为基板(1)宽度方向,行为基板(1)长度方向;
T为大于等于0的整数,S为大于等于2的整数。
3.根据权利要求2所述的模块化阵列天线结构,其特征在于:
在沿基板(1)长度方向,相邻两组喇叭形天线(3)中,上一组下极板(14)口径端与下一组上极板(13)口径端相连。
4.根据权利要求1所述的模块化阵列天线结构,其特征在于:所述隔离介质采用尼龙或者聚四氟乙烯制作,所述基板(1)采用微波板材,介电常数为2.65。
5.根据权利要求1所述的模块化阵列天线结构,其特征在于:所述电缆头为SMA接头。
6.一种模块化阵列天线结构,其特征在于:包括基板(1)、功分馈电网络(2)以及喇叭形天线(3);
功分馈电网络(2)设置在基板(1)正面,基板(1)的背面覆铜;
功分馈电网络(2)为一分2M路的馈电结构,M为大于等于2的整数;一分2M路的馈电结构包括开设在基板(1)上的信号馈入点(4)以及由信号馈入点(4)通过馈线(5)引出的2M路天线馈电点(6);其中,M≥2;
2M路天线馈电点(6)处均开设有第一通槽(11);基板(1)上对应每一个第一通槽(11)还开设有与该第一通道平行的第二通槽(12);
信号馈入点(4)对应的基板(1)背面均焊接有电缆头;
每个天线馈电点(6)设置有一组喇叭形天线(3);
每组喇叭形天线(3)包括上极板(13)、下极板(14)以及电流环(15);上极板(13)、下极板(14)构成喇叭形;
上极板(13)馈电端、下极板(14)馈电端均与第一通槽(11)焊接,并且上极板(13)馈电端、下极板(14)馈电端之间设置隔离介质;
电流环(15)的起始端与上极板(13)馈电端焊接,电流环(15)的终止端穿过所述第二通槽(12)与基板(1)的背面焊接。
7.根据权利要求6所述的模块化阵列天线结构,其特征在于:
功分馈电网络(2)为N组,拼接为E×F阵列,其中E为列,F为行;记:列为基板(1)宽度方向,行为基板(1)长度方向;E和F为大于等于1的整数。
8.根据权利要求7所述的模块化阵列天线结构,其特征在于:
在沿基板(1)长度方向,相邻两组喇叭形天线(3)中,上一组下极板(14)口径端与下一组上极板(13)口径端相连。
9.根据权利要求6所述的模块化阵列天线结构,其特征在于:所述隔离介质采用尼龙或者聚四氟乙烯制作,所述基板(1)采用微波板材,介电常数为2.65。
10.根据权利要求6所述的模块化阵列天线结构,其特征在于:所述电缆头为SMA接头。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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