多波束掃描透鏡天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天線結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，尤其是一種介質(zhì)透鏡天線。
【背景技術(shù)】
[0002]在雷達(dá)領(lǐng)域，隨著飛行器飛行速度和機動能力日益提高，雷達(dá)系統(tǒng)必須能夠快速精確的測量寬角度范圍、多批次出現(xiàn)的目標(biāo)，要求天線能夠形成多個接收波束，實現(xiàn)快速跟蹤，所以多波束電掃描天線得到廣泛應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)的多波束天線包括反射面天線和相控陣天線，這些天線的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、掃描范圍有限、損耗大、工作頻帶窄等等，而多波束透鏡天線具有很好的對稱性，保留了良好的光學(xué)特性，且在一定范圍內(nèi)沒有對饋源的阻擋，可以實現(xiàn)大角度范圍的掃描以及低損耗工作。
[0004]目前的多波束透鏡天線大多采用波導(dǎo)喇叭饋電，透鏡形狀大多為球形或半球形，可實現(xiàn)多方位的波束掃描，透鏡的材料采用介電常數(shù)漸變的介質(zhì)達(dá)到較高的增益，但是波導(dǎo)喇叭體積大，不易彎曲，不利于透鏡天線系統(tǒng)集成，同時介電常數(shù)漸變的球透鏡加工難度大，成本高，而且不容易固定，限制了透鏡天線的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種多波束掃描透鏡天線，該天線具有低剖面、易加工制作、易于系統(tǒng)集成固定、高效率、高增益、低損耗、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，饋電結(jié)構(gòu)簡單、水平面覆蓋大角度多波束掃描特點。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:將相對介電常數(shù)ε^<4.4的介質(zhì)柱透鏡放置于兩塊圓形金屬平行板構(gòu)成的平行板波導(dǎo)之間，饋源陣列采用印刷在介質(zhì)基板上的弧形平面八木天線陣列，將饋源陣列水平放置在兩塊圓形金屬平行板波導(dǎo)之間的邊緣處，饋源陣列和圓形金屬平行板之間用四個六角銅柱固定。
[0007]其中平面八木天線陣列中每個單元的結(jié)構(gòu)是相同的，每個單元都是由一個反射器、兩個引向器和一個有源振子組成，介質(zhì)基板分為上層和下層，其中反射器為介質(zhì)基板下層的截斷接地面，兩個引向器都為0.47 λ的印刷單極子，有源振子為0.5 λ的印刷偶極子，有源振子和引向器則位于介質(zhì)基板的上層，其中有源振子I通過兩條寬度相同的平行雙線13連接，兩條平行雙線13的寬度與有源振子I的寬度相同，兩條平行雙線13再分別與兩條寬度相同的微帶線15連接，其中位于上面的一條微帶線為U形彎曲折疊，使兩條微帶線15的長度相差二分之一個波長，兩條微帶線15共同連接到一條用于阻抗匹配的微帶線3上，微帶線3的長度為四分之一個波長，微帶線3連接到一條輸入阻抗為50 Ω的微帶線14，采用同軸7連接微帶線14進(jìn)行饋電。
[0008]本發(fā)明的有益效果是由于天線系統(tǒng)采用一定間距的圓形平行板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了單模傳輸，弧形饋源陣列能很好與圓形平行板相結(jié)合，在水平面具有很好的對稱性，減少了俯仰面的體積；介電常數(shù)恒定的柱透鏡能很好的固定在平行板波導(dǎo)中間，且加工簡單，成本低廉；折疊的微帶線結(jié)構(gòu)引入一個180°的相移(彎曲部分兩條微帶線長度相差二分之一個波長)，以實現(xiàn)差模激勵，實際上起到的是一個巴倫的作用，實現(xiàn)了偶極子的平衡饋電；用截斷的接地面代替八木天線的反射器，起到很好的反射作用，避免添加額外的反射器結(jié)構(gòu)；平面微帶結(jié)構(gòu)的八木天線饋源占用體積少，能很好的與控制電路相結(jié)合。
【附圖說明】
[0009]圖1是平面八木天線饋源俯視圖。
[0010]圖2是透鏡天線俯視圖。
[0011]圖3是透鏡天線側(cè)視圖。
[0012]其中，圖中I一激勵振子，2—引向器，3—阻抗變換器，4一巴倫，5—接地面(反射器)，6—介質(zhì)層，包括被接地面截斷的部分，7—同軸饋電的內(nèi)外導(dǎo)體，8—介質(zhì)柱透鏡，9一圓形平行板波導(dǎo)，10—饋源振子和微帶線，11 一六角銅柱，12—圓弧形饋源陣列，13—平行雙線，14一阻抗為50 Ω的微帶線，15—微帶線組成。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0014]本發(fā)明是將相對介電常數(shù)4.4的介質(zhì)柱透鏡放置于兩塊圓形金屬平行板構(gòu)成的平行板波導(dǎo)之間，饋源陣列采用印刷在介質(zhì)基板上的弧形平面八木天線陣列，將饋源陣列水平放置在兩塊圓形金屬平行板波導(dǎo)之間的邊緣處，饋源陣列和圓形金屬平行板之間用四個六角銅柱固定。
[0015]其中平面八木天線陣列中每個單元的結(jié)構(gòu)是相同的，每個單元都是由一個反射器、兩個引向器和一個有源振子組成，介質(zhì)基板分為上層和下層，其中反射器為介質(zhì)基板下層的截斷接地面，兩個引向器都為0.47 λ的印刷單極子，有源振子為0.5 λ的印刷偶極子，有源振子和引向器則位于介質(zhì)基板的上層，其中有源振子I通過兩條寬度相同的平行雙線13連接，兩條平行雙線13的寬度與有源振子I的寬度相同，兩條平行雙線13再分別與兩條寬度相同的微帶線15連接，其中位于上面的一條微帶線為U形彎曲折疊，使兩條微帶線15的長度相差二分之一個波長，兩條微帶線15共同連接到一條用于阻抗匹配的微帶線3上，微帶線3的長度為四分之一個波長，微帶線3連接到一條輸入阻抗為50 Ω的微帶線14，采用同軸7連接微帶線14進(jìn)行饋電。
[0016]參照圖1至圖3，本發(fā)明中I為激勵振子，2為引向器，3為阻抗變換器，4為巴倫，5為接地面(反射器)，6為介質(zhì)層，包括被接地面截斷的部分，7為同軸饋電的內(nèi)外導(dǎo)體，8為介質(zhì)柱透鏡，9為圓形平行板波導(dǎo)，10為饋源振子和微帶線，11為六角銅柱，12為圓弧形饋源陣列，13為平行雙線，14為阻抗為50 Ω的微帶線，15為微帶線組成。
[0017]實施例:圓形平行板波導(dǎo)的直徑為79.6_，激勵振子的長度為7_，引向器的長度為4.5_，介質(zhì)層的介電常數(shù)為2.2，介質(zhì)柱透鏡的介電常數(shù)為2.54，圓形平行板波導(dǎo)間距為15mm，平面八木天線長度為15.6mm，工作頻率為18GHZ，圓弧形陣列單元間距為9°，圓弧形陣列與介質(zhì)柱透鏡的距離為4_，采用同軸饋電，由饋源發(fā)出的球面波經(jīng)過透鏡的折射后轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娌ǎ岣咴鲆?。這種介質(zhì)柱透鏡天線在水平方向和垂直方向的口徑相差很大，因此產(chǎn)生的方向圖為扇形波束，在水平面內(nèi)可實現(xiàn)窄波束掃描，而在俯仰面內(nèi)則產(chǎn)生較寬的波束。
[0018]該實施例中透鏡天線系統(tǒng)中的性能指標(biāo)為:
[0019]工作頻率:17.5GHz——18.5GHz
[0020]輸入阻抗:50 Ω
[0021]駐波比:〈2
[0022]天線增益:16.8dB——17.6dB
[0023]E面單波束3dB波束寬度:9°
[0024]H面單波束3dB波束寬度:61.4°
[0025]天線系統(tǒng)波束掃描范圍:±45°
[0026]以上所述僅為本發(fā)明的一種實施例而已，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，可以根據(jù)上述說明對天線的參數(shù)進(jìn)行更改，而所有這些更改后的技術(shù)方案，都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種多波束掃描透鏡天線，其特征在于: 將相對介電常數(shù)4.4的介質(zhì)柱透鏡放置于兩塊圓形金屬平行板構(gòu)成的平行板波導(dǎo)之間，饋源陣列采用印刷在介質(zhì)基板上的弧形平面八木天線陣列，將饋源陣列水平放置在兩塊圓形金屬平行板波導(dǎo)之間的邊緣處，饋源陣列和圓形金屬平行板之間用四個六角銅柱固定。 其中平面八木天線陣列中每個單元的結(jié)構(gòu)是相同的，每個單元都是由一個反射器、兩個引向器和一個有源振子組成，介質(zhì)基板分為上層和下層，其中反射器為介質(zhì)基板下層的截斷接地面，兩個引向器都為0.47 λ的印刷單極子，有源振子為0.5 λ的印刷偶極子，有源振子和引向器則位于介質(zhì)基板的上層，其中有源振子(I)通過兩條寬度相同的平行雙線(13)連接，兩條平行雙線(13)的寬度與有源振子(I)的寬度相同，兩條平行雙線(13)再分別與兩條寬度相同的微帶線(15)連接，其中位于上面的一條微帶線為U形彎曲折疊，使兩條微帶線(15)的長度相差二分之一個波長，兩條微帶線(15)共同連接到一條用于阻抗匹配的微帶線(3)上，微帶線(3)的長度為四分之一個波長，微帶線(3)連接到一條輸入阻抗為50Ω的微帶線(14)，采用同軸(7)連接微帶線(14)進(jìn)行饋電。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多波束掃描透鏡天線，將介質(zhì)柱透鏡放置于兩塊圓形金屬平行板構(gòu)成的平行板波導(dǎo)之間，饋源陣列采用印刷在介質(zhì)基板上的弧形平面八木天線陣列，將饋源陣列水平放置在兩塊圓形金屬平行板波導(dǎo)之間的邊緣處，饋源陣列和圓形金屬平行板之間用四個六角銅柱固定，由于天線系統(tǒng)采用一定間距的圓形平行板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了單模傳輸，弧形饋源陣列能很好與圓形平行板相結(jié)合，在水平面具有很好的對稱性，減少了俯仰面的體積，且加工簡單，成本低廉，實現(xiàn)了偶極子的平衡饋電，避免添加額外的反射器結(jié)構(gòu)，平面微帶結(jié)構(gòu)的八木天線饋源占用體積少，能很好的與控制電路相結(jié)合。
【IPC分類】H01Q1-50, H01Q19-10, H01Q1-48, H01Q1-38, H01Q19-06, H01Q21-00
【公開號】CN104617383
【申請?zhí)枴緾N201510035439
【發(fā)明人】李建周, 陳昶, 吳昌英, 鄭奎松
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月23日