CN114421137A - 一种宽带扇形波束圆极化天线及*** - Google Patents

一种宽带扇形波束圆极化天线及*** Download PDF

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郝文倩
张虎勇
樊薇曦
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武刚
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Abstract

本发明公开了一种宽带扇形波束圆极化天线及***，包括喇叭组件和极化组件；所述喇叭组件包括喇叭口、过渡部和波导同轴转换；所述过渡部，设置在所述喇叭口和所述波导同轴转换之间，所述喇叭口与所述波导同轴转换的阻抗过渡；所述波导同轴转换，作为天线的接口；所述极化组件，与所述喇叭口连接，其包含多层层叠设置的微带板，各层微带板均呈曲面结构，且该层微带板的内表面包围相邻层级微带板的外表面。本公开的圆极化天线的极化组件包含多层层叠设置的微带板，各层微带板均呈曲面结构，由此极大降低天线的包络尺寸，并提升天线的宽角波束覆盖性能。

Description

一种宽带扇形波束圆极化天线及***
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种宽带扇形波束圆极化天线及***。
背景技术
随着雷达技术的飞速发展，为了调高目标的搜素和识别能力，对扇形波束天线的要求也越来越高。如何设计在两个主平面波束宽度宽窄比大、小型化、宽带的扇形波束天线以提高***的扫描范围，是雷达***、电子对抗以及卫星通信***的研究重点之一。
目前常见的扇形波束的天线主要有三种：反射面式、阵列式及透镜式扇形波束天线。反射面式扇形波束天线体积较大、重量较重；阵列式扇形波束天线带宽窄、结构复杂；透镜式扇形波束天线介质材料损耗大，重量也相对较重。
专利CN 103956568A提出了一种盒状扇形波束天线，相对于传统的反射面式天线，该天线结构形式简单，易于加工制造，但其结构包络仍然相对较大。
专利CN 107275788 A提出了一种基于金属微扰结构的毫米波扇形波束柱面龙伯透镜天线，该天线加工简单，轻量化，而且实现了俯仰波束覆盖范围的展宽，但其俯仰面3dB波束宽度小于40°，不能实现宽角扇形波束覆盖，同时其介质材料不适用于星载环境。
发明内容
本发明实施例提供一种宽带扇形波束圆极化天线及***，用以降低天线的包络尺寸，并提升天线的宽角波束覆盖性能。
本发明实施例提出一种宽带扇形波束圆极化天线，包括喇叭组件和极化组件；
所述喇叭组件包括喇叭口、过渡部和波导同轴转换；
所述过渡部，设置在所述喇叭口和所述波导同轴转换之间，所述喇叭口与所述波导同轴转换的阻抗过渡；
所述波导同轴转换，作为天线的接口；
所述极化组件，与所述喇叭口连接，其包含多层层叠设置的微带板，各层微带板均呈曲面结构，且该层微带板的内表面包围相邻层级微带板的外表面。
在一些实施例中，过渡部为锥形结构，且截面积大的一端与所述喇叭口连接，截面积小的一端与所述波导同轴转换连接。
在一些实施例中，所述喇叭组件还包括透镜组件；所述透镜组件，设置在所述喇叭口内，其规格与所述喇叭口相匹配。
在一些实施例中，所述透镜组件包括至少一个曲面，且所述至少一个曲面朝向所述波导同轴转换一侧设置。
在一些实施例中，所述极化组件还包括多层支撑结构，各层支撑结构与各层微带板间隔设置，以使得所述极化组件整体呈半圆柱结构。
在一些实施例中，所述极化组件与所述喇叭口连接的支撑结构包括平面区域，且该平面区域上设置有凹槽结构，所述凹槽结构的大小与所述喇叭口相适配。
在一些实施例中，所述喇叭口与所述凹槽结构通过支口结构、胶合和/或绳索绑扎进行固定。
在一些实施例中，各支撑结构采用非金属材料制成，且非金属材料的介电常数为1.13～1.14。
在一些实施例中，各层微带板上设置有布满该微带板的周期性排布的曲折线栅，各层微带板的厚度为0.1mm-0.5mm。
本发明实施例还提出一种天线***，采用本发明各实施例所述的宽带扇形波束圆极化天线。
本发明实施例设计极化组件与喇叭口连接，极化组件包含多层层叠设置的微带板，各层微带板均呈曲面结构，由此极大降低天线的包络尺寸，并提升天线的宽角波束覆盖性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本公开实施例的圆极化天线的基本结构示意图；
图2为本公开实施例的圆极化天线过渡部的剖面结构示意图；
图3为本公开实施例的圆极化天线极化组件侧面结构示意图；
图4为本公开实施例的圆极化天线极化组件整体结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供一种宽带扇形波束圆极化天线，如图1、图2所示，包括喇叭组件1和极化组件2。
所述喇叭组件1包括喇叭口11、过渡部13和波导同轴转换14。
所述过渡部13，设置在所述喇叭口11和所述波导同轴转换14之间，所述喇叭口11与所述波导同轴转换14的阻抗过渡。
所述波导同轴转换14，作为天线的接口。
所述极化组件2，与所述喇叭口11连接，其包含多层层叠设置的微带板，各层微带板均呈曲面结构，且该层微带板的内表面包围相邻层级微带板的外表面。
本发明实施例通过设计多层曲面结构的微带板，且各层微带板相互包围，实现圆极化性能，通过曲面结构还可以调节入射波束角度，提升天线的宽角波束覆盖性能。
在一些实施例中，过渡部13为锥形结构，且截面积大的一端与所述喇叭口11连接，截面积小的一端与所述波导同轴转换14连接。如图2所示，过渡部13为锥形结构，过渡部13截面积小的一端与所述波导同轴转换14连接，作为天线的接口，通过该接口可以连接到相应的平台，例如卫星等。
在一些实施例中，如图2所示，所述喇叭组件还包括透镜组件12；所述透镜组件12，设置在所述喇叭口11内，其规格与所述喇叭口相匹配。具体地，透镜组件12，设置在所述喇叭口11位置，且覆盖喇叭口。在一些实施例中，所述透镜组件12包括一片透镜，且该透镜包括至少一个曲面，且所述至少一个曲面朝向所述波导同轴转换一侧设置，该透镜的另一面可以设置为平面。通过设计可以实现对天线的相位调节。
在一些实施例中，所述极化组件还包括多层支撑结构，各层支撑结构与各层微带板间隔设置，以使得所述极化组件整体呈半圆柱结构。以图3所示的结构为例，图3所示的极化组件2包括四层微带板和四层支撑结构，四层微带板包括：第一层曲折线微带板22、第二层曲折线微带板24、第三层曲折线微带板26和第四层曲折线微带板28。四层支撑结构包括：第一层支撑结构21、第二层支撑结构23；第三层支撑结构25、第四层支撑结构27。在具体装配过程中可以通过胶粘固定的方式实现，具体控制胶膜厚度控制在0.1mm以内。
本发明实施例的扇形波束圆极化天线将多层曲折线极化组件设计为柱状面，实现了圆极化特性，并且避免了由于宽角线极化喇叭天线产生球面波束直接照射平面多层曲折线极化器后的入射波入射角度的混乱。通过柱状面的设计还达到了将天线包络缩小达68％以上的效果，并且增大天线的波束覆盖区域，实现宽角扇形波束内的高增益指标。
在一些实施例中，各支撑结构均采用非金属材料制成，且非金属材料的介电常数为1.13～1.14。例如可以选取聚酰亚胺泡沫材料来制作各层支撑结构。聚酰亚胺泡沫材料的介电常数可以满足本实施例的极化组件的节点需求。
在一些实施例中，所述极化组件2与所述喇叭口11连接的支撑结构包括平面区域，且该平面区域上设置有凹槽结构，所述凹槽结构的大小与所述喇叭口相适配。如图4中，极化组件2的半圆柱结构的平面，也即第一层支撑结构21的平面，设计有凹槽结构29，该凹槽结构29用来与喇叭口11实现匹配。
在一些实施例中，所述喇叭口与所述凹槽结构通过支口结构、胶合和/或绳索绑扎进行固定。具体地，本实施例采用非金属连接的方式进行固定，柱面曲极化组件2与喇叭组件1可以用支口结构、胶粘以及绳索绑扎浸胶组合方式固定，在保证连接可靠性的前提下尽量避免金属连接件的使用，避免对电性能造成的影响。示例性的，喇叭组件1可以对应于Ku频段，当然也可以根据本发明实施例的设计思路从而应用于其他频段，具体在此不做限定。
在一些实施例中，各层微带板上设置有布满该微带板且周期性排布的曲折线栅，各层微带板的厚度为0.1mm-0.5mm。本示例中极化组件2的微带板采用多层曲折线覆铜板制成，各层微带板其上曲折线由周期性曲折线栅按照周期性排满整个微带板实现，厚度可以是相同的，例如均为0.2mm。通过这样的设计，能够保证天线的性能，并且从而有效缩小天线整体尺寸。
相对于阵列天线和抛物面天线，本发明的扇形波束圆极化天线利用介质透镜进行相位调节，柱面曲折线极化器实现圆极化性能，并且避免了功分网络及复杂波导组件，整体尺寸小，结构简单。
本发明的扇形波束圆极化天线工作频率可以达到12.75～17.8GHz、带宽大于1.4倍频，实现了天线俯仰面3dB波束宽度大于等于100度，并且实现了宽角扇形波束内的高增益指标。
本发明实施例还提出一种天线***，采用本发明各实施例所述的宽带扇形波束圆极化天线。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种宽带扇形波束圆极化天线，其特征在于，包括喇叭组件和极化组件；
所述喇叭组件包括喇叭口、过渡部和波导同轴转换；
所述过渡部，设置在所述喇叭口和所述波导同轴转换之间，所述喇叭口与所述波导同轴转换的阻抗过渡；
所述波导同轴转换，作为天线的接口；
所述极化组件，与所述喇叭口连接，其包含多层层叠设置的微带板，各层微带板均呈曲面结构，且该层微带板的内表面包围相邻层级微带板的外表面。
2.如权利要求1所述的宽带扇形波束圆极化天线，其特征在于，过渡部为锥形结构，且截面积大的一端与所述喇叭口连接，截面积小的一端与所述波导同轴转换连接。
3.如权利要求1所述的宽带扇形波束圆极化天线，其特征在于，所述喇叭组件还包括透镜组件；所述透镜组件，设置在所述喇叭口内，其规格与所述喇叭口相匹配。
4.如权利要求3所述的宽带扇形波束圆极化天线，其特征在于，所述透镜组件包括至少一个曲面，且所述至少一个曲面朝向所述波导同轴转换一侧设置。
5.如权利要求1所述的宽带扇形波束圆极化天线，其特征在于，所述极化组件还包括多层支撑结构，各层支撑结构与各层微带板间隔设置，以使得所述极化组件整体呈半圆柱结构。
6.如权利要求5所述的宽带扇形波束圆极化天线，其特征在于，所述极化组件与所述喇叭口连接的支撑结构包括平面区域，且该平面区域上设置有凹槽结构，所述凹槽结构的大小与所述喇叭口相适配。
7.如权利要求6所述的宽带扇形波束圆极化天线，其特征在于，所述喇叭口与所述凹槽结构通过支口结构、胶合和/或绳索绑扎进行固定。
8.如权利要求1所述的宽带扇形波束圆极化天线，其特征在于，各支撑结构采用非金属材料制成，且非金属材料的介电常数为1.13～1.14。
9.如权利要求1所述的宽带扇形波束圆极化天线，其特征在于，各层微带板上设置有布满该微带板且周期性排布的曲折线栅，各层微带板的厚度为0.1mm-0.5mm。
10.一种天线***，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的宽带扇形波束圆极化天线。
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