CN108039896B - 一种无源微带天线子阵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无源微带天线子阵，其中，所述子阵包括：用于接收信号的微带天线；所述微带天线包含四个微带天线单元；用于对所接受的信号进行合成处理的无源合成装置；所述无源合成装置由第一二通道合路器、第二二通道合路器、第三二通道合路器、定向耦合器、第一高通滤波器、第二高通滤波器组成；所述定向耦合器与稳相电缆相连；通过稳相电缆输入校准信号，对子阵后通道进行校准和监测。本发明的一种无源微带天线子阵，通过低插损的无源合成装置，将多个微带子阵所接收的信号整合成一路输出信号，从而节省通道数量，降低了阵列天线的成本。
Description
技术领域
本发明涉及天线子阵的技术领域，尤其涉及一种无源微带天线子阵。
背景技术
在进行相控阵信号侦收过程中，为了获取微波信号，需要使用到天线子阵，并通过信号合成装置对所接收到的信号进行处理、合成。传统的天线子阵中，采用通过机械加工工艺制作的信号合成装置，这种信号合成装置无法兼顾损耗低、重量轻、集成度高并且一致性好的特点，影响到天线子阵的接收效率，因而传统的天线子阵的信号接收效率还有待提高。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无源微带天线子阵，旨在解决现有技术中的无源微带天线子阵无法兼顾损耗低、重量轻、集成度高、生产一致性好的问题。
本发明为实现上述目的，具体技术方案如下：
一种无源微带天线子阵，其中，所述子阵包括：
用于接收信号的微带天线；所述微带天线包含四个微带天线单元；
用于对所接受的信号进行合成处理的无源合成装置；
所述无源合成装置由第一二通道合路器、第二二通道合路器、第三二通道合路器、定向耦合器、第一高通滤波器、第二高通滤波器组成；
所述定向耦合器与稳相电缆相连；
通过稳相电缆输入校准信号，对子阵后通道进行校准和监测；
所述第一二通道合路器的第一端和第二端分别与两个微带天线单元连接；所述第一二通道合路器的第三端与第一高通滤波器的一端连接；所述第二二通道合路器的第一端和第二端分别与两个微带天线单元连接；所述第二二通道合路器的第三端与第二高通滤波器的一端连接；
所述第一高通滤波器一端与第一二通道合路器相连，另一端与第三二通道合路器第一端相连；所述第二高通滤波器一端与第二二通道合路器相连，另一端与第三二通道合路器第二端相连；所述第三二通道合路器第三端与定向耦合器相连。
所述的无源微带天线子阵，其中，所述微带天线单元包括：伞形印刷偶极子天线，设置在微带天线单元中间的馈电部，设置在馈电部上侧的短路探针；所述馈电部中央设置有长方形凹槽；所述长方形凹槽的长边方向与铅垂线平行。
所述的无源微带天线子阵，其中，所述微带天线单元呈左右对称。
所述的无源微带天线子阵，其中，所述微带天线还包括：设置在两个微带天线单元之间的金属寄生杆。
有益效果：
本发明的一种无源微带天线子阵，通过设置稳相电缆与信号合成装置相连；并通过稳相电缆输入校准信号，对定向耦合器进行校准和监测，以确保通道一致性，以满足实际使用需求。
附图说明
图1为本发明的无源微带天线子阵的结构图。
图2为本发明的无源微带天线子阵的微带天线单元的结构图。
图3为本发明的无源微带天线子阵的微带天线的结构图。
具体实施方式
本发明提供一种无源微带天线子阵，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-图3，图1为本发明的无源微带天线子阵的结构图；图2为本发明的无源微带天线子阵的微带天线单元的结构图；图3为本发明的无源微带天线子阵的微带天线的结构图。如图所述，一种无源微带天线子阵，其中，所述子阵包括：用于接收信号的微带天线10；所述微带天线包含四个微带天线单元20；用于对所接受的信号进行合成处理的无源合成装置30；
所述无源合成装置30由第一二通道合路器301、第二二通道合路器302、第三二通道合路器303、定向耦合器304、第一高通滤波器305、第二高通滤波器306组成；所述定向耦合器304与稳相电缆40相连；
通过稳相电缆40输入校准信号，对子阵后通道进行校准和监测。具体的，所述第三二通道合路器303与定向耦合器304之间通过低噪声放大器进行连接。在具体实施例中无源微带天线子阵通过多个微带天线单元进行组合的形式实现，由4个微带天线单元（UA）和一个无源合成装置（PCN）组成，其中，无源合成装置30由三个二通道合路器、一个定向耦合器以及两个高通滤波器组成，具体结构如图1所示。
为了便于对无源微带天线子阵所接收的阵列信号进行校准和监测，通过稳相电缆电送校测信号至定向耦合器，由定向耦合器耦合出校测信号对子阵之后通道进行定期校准和监测，从而确保通道的一致性和准确性，以保障处理后的雷达信号符合相关标准、满足实际需求。
在具体实施方案中，所述第一二通道合路器301的第一端和第二端分别与两个微带天线单元20连接；所述第一二通道合路器301的第三端与第一高通滤波器305的一端连接；所述第二二通道合路器302的第一端和第二端分别与两个微带天线单元20连接；所述第二二通道合路器302的第三端与第二高通滤波器306的一端连接。
在具体实施方案中，所述第一高通滤波器305一端与第一二通道合路器301相连，另一端与第三二通道合路器303第一端相连；所述第二高通滤波器306一端与第二二通道合路器302相连，另一端与第三二通道合路器303第二端相连；所述第三二通道合路器303第三端与定向耦合器304相连。
在具体实施方式中，四个微带天线单元两两组合，形成两组相对独立的微带天线，通过四个微带天线单元所接收到的雷达信号，经由第一级两个二通道合路器合并，并通过高通滤波器进行高通滤波处理，两个高通滤波器的输出信号经第二级二通道合路器合并后输出至定向耦合器，经定向耦合器进行输出。
在具体实施方案中，所述微带天线单元20包括：伞形印刷偶极子天线201，设置在微带天线单元中间的馈电部202，设置在馈电部上侧的短路探针203；所述馈电部202中央设置有长方形凹槽204；所述长方形凹槽204的长边方向与铅垂线平行。所述伞形印刷偶极子天线的上端为伞盖状，向两侧下方倾斜；其中端呈竖直状；下端与水平方向平行。伞形印刷偶极子天线的左半部分为左振子，右半部分为右振子。
C频率段的频率范围为：4.0- 6.0GHz，结合C频率段的频率范围，微带天线中采用宽带伞形印刷偶极子天线作为天线的主体；馈电部采用宽带集成巴伦式结构，馈电部的作用是把同轴馈电转换为平衡馈电；微带天线单元中还包括短路探针，其做用是作为馈电部分布电容的补偿，通过设置短路探针进行补偿，可以降低整个微带天线单元的线损，提高微带天线单元的信号传输效率。
在具体实施例中，对于巴伦式馈电部，通过一个低阻抗的开路线引入并联补偿电容，通过微带短路三线引入电感。微带天线单元的末端开路线的长度，即凹槽底端到伞形印刷偶极子天线底端的长度W3的长度设置在λg/5-λg/3之间，以更好地调节两个振子臂的电流平衡，其中，λg为C频率段微波在微带线中的波长。调节馈电微带线宽度及两个振子之间的间隙，可以调节微带天线单元与同轴线馈电的匹配度；微带天线单元的上半空间满足镜像原理，即微带天线单元的外部结构因为左右对称结构，其中，λ0为C频率段微波在空气中的波长。
在具体实施方案中，所述微带天线单元20呈左右对称。伞形印刷偶极子天线的左半部分为左振子，右半部分为右振子。
具体的实施过程中，微带天线单元的具体尺寸需要借助CST仿真工具对天线的主要结构参数进行优化和微调，以优化微带天线单元的阻抗带宽，使微带天线单元的方向图对称，并增加微带天线单元的增益。
微带天线单元应在天线阵列环境中定型，作为平面天线阵，微带天线单元的法线方向与微波来波的夹角最大为45°，因此，从保证天线阵阵列效率出发，应使微带天线单元在-45°~45°（H面）、-5°~10°（E面）范围内满足有源反射系数的要求。
在具体实施方案中，所述微带天线还包括：设置在两个微带天线单元20之间的金属寄生杆210。
为了降低互耦作用，在列向两个微带天线单元之间增加一个金属寄生杆，更具体的实施例中，所述金属寄生杆设置在两个微带天线单元的正中间的位置，寄生杆直径d为0.03-0.07λ0、高度h为0.11-0.17λ0，能够达到良好的降低互耦作用的效果，大幅减少微带天线单元之间的相互干扰，其中，λg为C频率段微波在微带线中的波长。
综上所述，本发明公开了一种无源微带天线子阵，其中，所述子阵包括：用于接收信号的微带天线；所述微带天线包含四个微带天线单元；用于对所接受的信号进行合成处理的无源合成装置；所述无源合成装置由第一二通道合路器、第二二通道合路器、第三二通道合路器、定向耦合器、第一高通滤波器、第二高通滤波器组成；所述定向耦合器与稳相电缆相连；通过稳相电缆输入校准信号，对子阵后通道进行校准和监测。本发明的一种无源微带天线子阵，通过低插损的无源合成装置，将多个微带子阵所接收的信号整合成一路输出信号，从而节省通道数量，降低了阵列天线的成本。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种无源微带天线子阵，其特征在于，所述子阵包括：
用于接收信号的微带天线；所述微带天线包含四个微带天线单元；
用于对所接收的信号进行合成处理的无源合成装置；
所述无源合成装置由第一二通道合路器、第二二通道合路器、第三二通道合路器、定向耦合器、第一高通滤波器、第二高通滤波器组成；
所述定向耦合器与稳相电缆相连；
通过稳相电缆输入校准信号，对子阵后通道进行校准和监测；
所述第一二通道合路器的第一端和第二端分别与两个微带天线单元连接；所述第一二通道合路器的第三端与第一高通滤波器的一端连接；所述第二二通道合路器的第一端和第二端分别与两个微带天线单元连接；所述第二二通道合路器的第三端与第二高通滤波器的一端连接；
所述第一高通滤波器一端与第一二通道合路器相连，另一端与第三二通道合路器第一端相连；所述第二高通滤波器一端与第二二通道合路器相连，另一端与第三二通道合路器第二端相连；所述第三二通道合路器第三端与定向耦合器相连。
2.根据权利要求1所述的无源微带天线子阵，其特征在于，所述微带天线单元包括：伞形印刷偶极子天线，设置在微带天线单元中间的馈电部，设置在馈电部上侧的短路探针；所述馈电部中央设置有长方形凹槽；所述长方形凹槽的长边方向与铅垂线平行。
3.根据权利要求2所述的无源微带天线子阵，其特征在于，所述微带天线单元以长方形凹槽为中心，呈左右对称。
4.根据权利要求1所述的无源微带天线子阵，其特征在于，所述微带天线还包括：设置在两个微带天线单元之间的金属寄生杆。
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