CN215816403U - 一种四波束多普勒雷达微带平面阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种四波束多普勒雷达微带平面阵列天线，包括屏蔽层、天线罩、微带天线层、介质基片和天线托板；屏蔽层位于天线罩之上；天线罩位于微带天线层之上；介质基片位于微带天线层之下，天线托板位于介质基片之下；微带天线层包括第一馈电网络和第二馈电网络，以及布设于第一馈电网络和第二馈电网络之间的第一馈线阵组、第二馈线阵组；第一馈线阵组和第二馈线阵组的外形轮廓相同，第一馈线阵组的串馈线与第二馈线阵组的串馈线为间隔排列，构成以交叉线为对称轴的轴对称关系；第一馈电网络和第二馈电网络均与第一馈线阵组和第二馈线阵组电连接。本实用新型提供了一种四波束指向且赋形能力更好的雷达天线。

Description

一种四波束多普勒雷达微带平面阵列天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种四波束多普勒雷达微带平面阵列天线。

背景技术

飞行器飞行于陆地与海面之间时，由于海面与陆地散射特性的差异，反射回的能量具有不同的频率特征，在多普勒响应中表现为功率谱向低频端偏移。这种相对偏移通常称为海-陆漂移，会引起多普勒雷达***明显的测速误差。

目前，主要有两种克服上述海-陆漂移影响的方法。一种方法是使天线的每个波束在两个位置之间切换，但需要增加额外的硬件设备，相应的***处理时间也会延长；另一种方法是对阵列天线的主波束3dB轮廓进行“椭圆赋形”，以削弱陆地与海面所对应的频谱响应的相对偏移。

但目前，缺少赋形能力更好，结构性能更便于使用的阵列天线。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种四波束多普勒雷达微带平面阵列天线，实现四波束指向且赋形能力更好的雷达天线。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本实用新型公开了一种四波束多普勒雷达微带平面阵列天线，包括微带天线层，其特征在于，所述微带天线层包括第一馈电网络和第二馈电网络，以及布设于第一馈电网络和第二馈电网络之间的第一馈线阵组、第二馈线阵组；

所述第一馈线阵组和第二馈线阵组的外形轮廓相同，均包括条数相同且平行排列的N条串馈线；并且，所述第一馈线阵组的串馈线与第二馈线阵组的串馈线为间隔排列，从而使第一馈线阵组和第二馈线阵组相互交叉在一起，构成以交叉线为对称轴的轴对称关系；

所述第一馈电网络和第二馈电网络均与所述第一馈线阵组和第二馈线阵组电连接；其中，所述第一馈电网络为天线提供第一馈电端口和第二馈电端口，所述第二馈电网络为天线提供第三馈电端口和第四馈电端口。

进一步地，所述第一馈电网络或第二馈电网络均包括N个以级联方式连接的四端口电桥；

所述第一馈电网络和第二馈电网络通过所述四端口电桥，将所述第一馈电端口、第二馈电端口、第三馈电端口和第四馈电端口分别与第一馈线阵组和第二馈线阵组电连接。

进一步地，所述四端口电桥为“日”字形电桥，所述“日”字形电桥的端口a～d依次相邻；在所述第一馈电网络中，上一级“日”字形电桥的端口c 与下一级“日”字形电桥的端口a连接，构成电桥的级联关系；其中，第一级“日”字形电桥的端口a与第一馈电端口连接；第i级“日”字形电桥的端口b与第一馈线阵组的第i条串馈线连接，端口c还通过一个双变换支节与第二馈线阵组的第i条串馈线连接；每级“日”字形电桥的端口d均通过一个双变换支节后连接在一起，再与第二馈电端口连接。

进一步地，所述四端口电桥为“日”字形电桥；所述“日”字形电桥的端口a～d依次相邻；在所述第二馈电网络中，上一级“日”字形电桥的端口c 与下一级“日”字形电桥的端口a连接，构成电桥的级联关系；其中，第一级“日”字形电桥的端口a与第三馈电端口连接；第i级“日”字形电桥的端口a通过一个双变换支节与第一馈线阵组的第i条串馈线连接，端口b与第二馈线阵组的第i条串馈线连接；每级“日”字形电桥的端口d均通过一个双变换支节后连接在一起，再与第四馈电端口连接。

进一步地，每一条所述串馈线包括一条馈线和在该馈线上串行连接的多个贴片。

进一步地，还包括：位于所述微带天线层之上的天线罩；位于所述微带天线层之下的介质基片和位于所述介质基片之下的天线托板；

所述天线罩的上表面对应所述第一馈电网络和第二馈电网络的区域上还蚀刻有屏蔽层或设置有屏蔽层。

进一步地，所述天线托板的材料为铝，表面进行过导电氧化处理。

进一步地，微带天线层及天线罩均由双面覆铜的介质板材加工而成。

进一步地，所述介质板材为Rogers RT/duroid 6002。

进一步地，还包括安装孔；安装孔分布在天线罩四周，微带天线层与天线罩通过安装孔固定至天线托板上。

本实用新型至少具有以下有益效果之一：

1、本实用新型的天线主瓣的3dB轮廓在γ-ψ坐标系下近似为一椭圆，且长、短轴与坐标轴平行，具有方向图可分离性的“赋形”能力。

2、组成天线的两组微带串馈线阵组交错排布，使每个波束都可以利用整个天线口径。

3、馈电网络由级联的“日”字形电桥组成。该“日”字形电桥可实现对相对端口的馈电，而与相邻端口保持-25dB以上的隔离。

4、采用微带天线与天线罩一体化设计。天线罩上表面对应微带馈网的部分覆铜，以屏蔽馈电网络的辐射，提高了天线的可靠性。

5、天线整体结构紧凑，具有低剖面且易于加工的优点。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型实施例中的微带平面阵列天线示意图；

图2为本实用新型实施例中的微带天线层结构示意图；

图3为本实用新型实施例中的微带天线层的简化结构示意图；

图4为本实用新型实施例中的馈电端口配置关系示意图；

图5为本实用新型实施例中的“日”字形电桥结构的示意图；

图6为本实用新型实施例中的“日”字形电桥变形结构的示意图；

图7为本实用新型实施例中的波束配置关系示意图；

图8为本实用新型实施例中的天线罩上表面俯视图。

附图标记：

11—安装孔、12—屏蔽层、13—天线罩、14—微带天线层、15—介质基片、16—天线托板；

A—第一馈线阵组、B—第二馈线阵组、1—第一馈电网络、1’—第二馈电网络、2—“日”字形电桥结构、3—双变换支节、4—馈线、5—贴片。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理。

本实用新型的一个具体实施例，公开了一种四波束多普勒雷达微带平面阵列天线，如图1所示，包括屏蔽层12、天线罩13、微带天线层14、介质基片15和天线托板16。

其中，屏蔽层12位于天线罩13之上，天线罩13位于微带天线层14之上，介质基片15位于微带天线层14之下，天线托板16位于介质基片15之下。

具体的，如图2或图3所示，所述微带天线层14包括第一馈电网络和第二馈电网络，以及布设于第一馈电网络和第二馈电网络之间的第一馈线阵组、第二馈线阵组；

所述第一馈线阵组和第二馈线阵组的外形轮廓相同，均包括条数相同且平行排列的N条串馈线；并且，所述第一馈线阵组的串馈线与第二馈线阵组的串馈线为间隔排列，从而使第一馈线阵组和第二馈线阵组相互交叉在一起，构成以交叉线为对称轴的轴对称关系；

所述第一馈电网络和第二馈电网络均与所述第一馈线阵组和第二馈线阵组电连接；其中，所述第一馈电网络为天线提供第一馈电端口(端口 1)和第二馈电端口(端口2)，所述第二馈电网络为天线提供第三馈电端口(端口3)和第四馈电端口(端口4)。

在图2中具体的实施例中，

所述第一馈线阵组包括1a-1h共8条串馈线，多条串馈线平行排列后该馈线阵组的外形轮廓呈第一平行四边形；

所述第二馈线阵组包括的串馈线条数与所述第一馈线阵组包括的串馈线条数相同；

所述第二馈线阵组的多条串馈线阵平行排列后该微带串馈线阵组的外形轮廓呈第二平行四边形；

所述第一馈线阵组的多条串馈线与所述第二馈线阵组的多条串馈线阵间隔排列，

如图4所示，所述第一平行四边形与所述第二平行四边形的形状完全相同且相互交叉，交叉后关于交叉线轴对称；

通过，第一馈线阵组和第二馈线阵组辐射的天线的主波束3dB轮廓在γ-ψ坐标系下近似为一椭圆；优选的，通过改变第一平行四边形和第二平行四边形的角度，即第一馈线阵组和第二馈线阵组的倾斜角度，可以改变波束指向，即实现天线产生的主波束3dB轮廓在γ-ψ坐标系下椭圆的“赋形”，通过赋形可实现γ-ψ分离，能有效削弱陆地与海面所对应的频谱响应的相对偏移。其中γ是波束轴线与X轴的夹角，ψ是波束与Z轴的夹角，其中X轴为飞行器航向，Z轴垂直于天线所在平面。

具体的，所述第一馈线阵组、第二馈线阵组均采用多普勒分布，第一馈线阵组、第二馈线阵组的每一条串馈线均包括一条馈线和在该馈线上串行连接的多个贴片。

优选的，通改变贴片间馈线的弯曲程度，来调节各贴片间相位差；每一个贴片的长度和宽度均与平面阵列天线的激励幅度和工作频率相关；

通过调整贴片的宽度可调节激励幅度，调整贴片的长度适应微带平面阵列天线的工作频率。

具体的，所述第一馈电网络或第二馈电网络均采用泰勒分布，包括N 个以级联方式连接的四端口电桥；

所述第一馈电网络和第二馈电网络通过所述四端口电桥，将所述第一馈电端口、第二馈电端口、第三馈电端口和第四馈电端口分别与第一馈线阵组和第二馈线阵组电连接；

此外，还包括多个与四端口电桥连接的双变换支节，双变换支节用于调节各输出端口功分比，使阵列沿Y'轴的幅度分布为泰勒分布。

更具体的，如图5所示，所述四端口电桥为“日”字形电桥，所述“日”字形电桥的端口a～d依次相邻；“日”字形电桥可实现对相对端口的馈电，而通过优化“日”字形结构的边长，可使相邻端口保持-25dB以上的隔离。

如图6所示，对“日”字形电桥进行了倾斜变形，可压缩“日”字形电桥结构所占用的空间，使端口b与c之间的相位差符合波束指向要求。使其与两端馈线相连后产生的相位差恰好满足波束指向角的相位要求。

具体的，在所述第一馈电网络中，上一级“日”字形电桥的端口c与下一级“日”字形电桥的端口a连接，构成电桥的级联关系；其中，第一级“日”字形电桥的端口a与第一馈电端口连接；第i级“日”字形电桥的端口 b与第一馈线阵组的第i条串馈线连接，端口c还通过一个双变换支节与第二馈线阵组的第i条串馈线连接；每级“日”字形电桥的端口d均通过一个双变换支节后连接在一起，再与第二馈电端口连接。

在所述第二馈电网络中，上一级“日”字形电桥的端口c与下一级“日”字形电桥的端口a连接，构成电桥的级联关系；其中，第一级“日”字形电桥的端口a与第三馈电端口连接；第i级“日”字形电桥的端口a通过一个双变换支节与第一馈线阵组的第i条串馈线连接，端口b与第二馈线阵组的第i条串馈线连接；每级“日”字形电桥的端口d均通过一个双变换支节后连接在一起，再与第四馈电端口连接。

更进一步地，所述第一馈电网络和第二馈电网络均与所述第一馈线阵组和第二馈线阵组同时相连后，若从第一馈电端口馈电，则第四馈电端口为耦合口，第二馈电端口和第三馈电端口为隔离口；若从第三馈电端口馈电，则第二馈电端口为耦合口，第一馈电端口和第四馈电端口为隔离口。

从每个馈电端口馈电，该微带平面阵列天线均可以产生一个波束。这样，第一馈线阵组、第二馈线阵组各能产生两个波束，共产生四个波束。所述第一馈电网络和第二馈电网络均采用前向扫描设计，所述第一微带串馈线阵组、第二微带串馈线阵组均采用后向扫描设计。

如图7所示，第一馈电端口对应斜指向波束A1，第二馈电端口对应斜指向波束A2，第三馈电端口对应斜指向波束A3，第四馈电端口对应斜指向波束A4。

可选的，所述微带平面阵列天线还包括位于微带天线层14之上的天线罩13，位于天线罩13之上的屏蔽层12，位于微带天线层14之下的介质基片15，位于介质基片15之下的天线托板16。

可选的，天线托板16的材料为铝，表面进行过导电氧化处理。

可选的，微带天线层14及天线罩13均由双面覆铜的介质板材加工而成，所述介质板材的介电常数随温度及频率变化较小，以利于保证波束指向角的稳定性。

可选的，覆铜厚度0.035mm。

可选的，所述介质板材为Rogers RT/duroid 6002。

可选的，介质基片15与天线罩13厚度比1：6，天线托板16的厚度 4mm。

可选的，微带平面阵列天线还包括安装孔11，如图8所示，天线罩的上表面对应馈电网络1和1’的区域上还蚀刻有屏蔽金属层12或设置有屏蔽金属层12。安装孔11分布在天线罩13四周，微带天线层14与天线罩13通过安装孔11固定至天线托板16上。

可选的，微带天线层14整体外形尺寸340mm×146mm。

本实用新型与目前的平面阵列天线相比，具有以下优点：

1、传统的矩形口径阵列天线通常采用沿X-Y轴可分离的幅度分布： A(x,y)＝f(x)g(y)，这种口径分布对应的方向图可γ-σ分离，其方向图函数可表示为：F(γ,σ)＝s(γ)t(σ)。由于水面的散射系数与电磁波入射角相关，理想的情况是天线方向图关于γ-ψ可分离，这种可分离性能消除影响***测速精度的“海—陆”漂移现象。本发明实施例的微带阵列天线口径幅度分布函数沿X-Y'轴可分离：A(x,y')＝f(x)g'(y')，Y'是波束指向矢量在天线口径面X-Y平面内的投影。这种“倾斜”的幅度分布产生的方向图可γ-ζ分离，其方向图函数可表示为：F(γ,ζ)＝s(γ)t'(ζ)，其中ζ是波束指向矢量与y'轴的夹角。由于ζ与ψ互余，因此天线方向图在3dB主瓣区域内近似γ-ψ可分离，具体表现为天线主瓣的3dB轮廓在γ-ψ坐标系下近似为一椭圆，且长、短轴与坐标轴平行。这种对方向图可分离性的“赋形”能力是传统平面阵列天线不具备的。

2、组成天线的两组微带串馈线阵组交错排布，使每个波束都可以利用整个天线口径。微带串馈线阵组工作在行波状态，幅度分布采用多普勒分布，即从不同端馈电，可产生指向角相反的波束。线阵排列倾角是波束指向矢量在X-Y平面的投影Y'轴与X轴的夹角，这种倾斜排列方式使阵列幅度分布沿X-Y'轴可分离，从而使天线主波束具有γ-ψ可分离特性。

3、馈电网络由级联的“日”字形电桥组成。该“日”字形电桥可实现对相对端口的馈电，而与相邻端口保持-25dB以上的隔离。同时，对“日”字形电桥进行了倾斜变形，使其与两端馈线相连后产生的相位差恰好满足波束指向角的相位要求。另外，采用双支节变换段调节各输出端口功分比，使阵列沿Y'轴的幅度分布为泰勒分布。

4、采用微带天线与天线罩一体化设计。天线罩上表面对应微带馈网的部分覆铜，以屏蔽馈电网络的辐射。同时，天线罩的介质加载作用可以缩短微带馈线的介质波长及微带贴片尺寸，从而便于阵列排布及满足线阵间的相位步进。另外，天线与天线罩一体化设计使天线罩对波束指向角的影响考虑在设计之中，提高了天线的可靠性。

5、天线整体结构紧凑，具有低剖面且易于加工的优点。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种四波束多普勒雷达微带平面阵列天线，其特征在于，包括屏蔽层、天线罩、微带天线层、介质基片和天线托板；

屏蔽层位于天线罩之上；天线罩位于微带天线层之上；介质基片位于微带天线层之下，天线托板位于介质基片之下；

其中，所述微带天线层包括第一馈电网络和第二馈电网络，以及布设于第一馈电网络和第二馈电网络之间的第一馈线阵组、第二馈线阵组；

所述第一馈线阵组和第二馈线阵组的外形轮廓相同，均包括条数相同且平行排列的N条串馈线；并且，所述第一馈线阵组的串馈线与第二馈线阵组的串馈线为间隔排列，从而使第一馈线阵组和第二馈线阵组相互交叉在一起，构成以交叉线为对称轴的轴对称关系；

所述第一馈电网络和第二馈电网络均与所述第一馈线阵组和第二馈线阵组电连接；其中，所述第一馈电网络为天线提供第一馈电端口和第二馈电端口，所述第二馈电网络为天线提供第三馈电端口和第四馈电端口。

2.根据权利要求1所述的多普勒雷达微带平面阵列天线，其特征在于，所述第一馈电网络或第二馈电网络均包括N个以级联方式连接的四端口电桥；

所述第一馈电网络和第二馈电网络通过所述四端口电桥，将所述第一馈电端口、第二馈电端口、第三馈电端口和第四馈电端口分别与第一馈线阵组和第二馈线阵组电连接。

3.根据权利要求2所述的多普勒雷达微带平面阵列天线，其特征在于，所述四端口电桥为“日”字形电桥，所述“日”字形电桥的端口a～d依次相邻；在所述第一馈电网络中，上一级“日”字形电桥的端口c与下一级“日”字形电桥的端口a连接，构成电桥的级联关系；其中，第一级“日”字形电桥的端口a与第一馈电端口连接；第i级“日”字形电桥的端口b与第一馈线阵组的第i条串馈线连接，端口c还通过一个双变换支节与第二馈线阵组的第i条串馈线连接；每级“日”字形电桥的端口d均通过一个双变换支节后连接在一起，再与第二馈电端口连接。

4.根据权利要求2所述的多普勒雷达微带平面阵列天线，其特征在于，所述四端口电桥为“日”字形电桥；所述“日”字形电桥的端口a～d依次相邻；在所述第二馈电网络中，上一级“日”字形电桥的端口c与下一级“日”字形电桥的端口a连接，构成电桥的级联关系；其中，第一级“日”字形电桥的端口a与第三馈电端口连接；第i级“日”字形电桥的端口a通过一个双变换支节与第一馈线阵组的第i条串馈线连接，端口b与第二馈线阵组的第i条串馈线连接；每级“日”字形电桥的端口d均通过一个双变换支节后连接在一起，再与第四馈电端口连接。

5.根据权利要求1所述的多普勒雷达微带平面阵列天线，其特征在于，每一条所述串馈线包括一条馈线和在该馈线上串行连接的多个贴片。

6.根据权利要求1-5任一项所述的多普勒雷达微带平面阵列天线，其特征在于，还包括：位于所述微带天线层之上的天线罩；位于所述微带天线层之下的介质基片和位于所述介质基片之下的天线托板；

所述天线罩的上表面对应所述第一馈电网络和第二馈电网络的区域上还蚀刻有屏蔽层或设置有屏蔽层。

7.根据权利要求6所述的多普勒雷达微带平面阵列天线，其特征在于，所述天线托板的材料为铝，表面进行过导电氧化处理。

8.根据权利要求6所述的多普勒雷达微带平面阵列天线，其特征在于，微带天线层及天线罩均由双面覆铜的介质板材加工而成。

9.根据权利要求8所述的多普勒雷达微带平面阵列天线，其特征在于，所述介质板材为Rogers RT/duroid 6002。

10.根据权利要求6所述的多普勒雷达微带平面阵列天线，其特征在于，还包括安装孔；安装孔分布在天线罩四周，微带天线层与天线罩通过安装孔固定至天线托板上。

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