一种圆极化相控阵天线单元的制作方法

本发明涉及相控阵天线，特别是一种采用金属波导的圆极化相控阵天线单元。

背景技术：

相控阵天线是通过控制阵列中各阵元的相位实现天线波束指向在空间中扫描或转动，是现代相控阵雷达系统的重要部件。飞行器上的通信系统要求天线单元具有低剖面，以满足设备安装需求；阵元间距小，实现波束宽角扫描；功率容量大，能承受较大发射功率。

圆极化天线能接收任意极化的电磁波，且它的辐射波也可以被任意极化的天线接收。圆极化相控阵天线应用在飞行器的通信系统上，其波束指向能迅速地随着飞行器的姿态和位置的变化而变化。

圆极化相控阵天线单元形式可分为波导、微带及螺旋类天线，多用同轴线进行馈电。波导类天线采用同轴线馈电时，同轴线内导体探入波导腔中一定深度，不与波导壁连接。由此带来的问题是，在加工生产时，同轴线内导体探入的精度严重影响波导天线的驻波性能，甚至导致天线无法使用。

技术实现要素：

本发明针对现有波导天线馈线探入精度影响天线性能的问题，提出了一种圆极化相控阵天线单元，加工简单，保证产品的合格率和精度。

本发明由金属波导、聚酰亚胺介质材料、匹配结构、连接器、圆极化器组成；

所述金属波导，为金属材质，其形状为倒l型，l型的顶部为方型；侧面为矩形；

将所述聚酰亚胺介质材料填满金属波导，且聚酰亚胺介质块凸出金属波导；

所述连接器为波导的馈电结构，连接器固接于金属波导下的空间内，连接器有两路探针，一路为信号输入端与信号源连接，一路为输出端与金属波导的侧面连接；

所述金属波导的侧面为馈电波导腔，其内部有匹配结构，是阶梯型金字塔结构，与连接器的输出端探针连接。

所述圆极化是阶梯型膜片结构，位于金属波导顶部的中间位置。

进一步，其特征在于所述连接器不能突出金属波导的边界。

进一步，其特征在于所述连接器为波导的馈电结构，为长方体。

相比于常规的波导天线具有以下特征及优点：

1、工作频带宽。采用金属波导的圆极化相控阵天线单元驻波小于2的频带宽度为2.1ghz。

2、剖面低。波导圆极化相控阵天线单元的剖面高度为15mm。

3、宽角匹配性能好。聚酰亚胺介质块加载在波导腔内，缩小了天线单元的口径，天线的大小仅为9mm×9mm，组成阵列后天线扫描±45°，时，增益下降小于3db，天线具有良好的宽角扫描性能。

4、加工简单。本发明采用了馈电匹配结构，使得馈线的探针可以和波导壁直接焊接，消除了加工时，馈线探入深度的精度带来的影响。

附图说明

图1是天线单元仰视图。

图2是天线单元正等侧视图。

图3是波导内部结构俯视图。

图4为本发明中金属波导的立体图

图5为本发明中聚酰亚胺介质材料的立体图

图6为本发明中连接器的立体图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。不作为限制。

本发明主要由金属波导3、聚酰亚胺介质材料2、匹配结构4、连接器1、圆极化器5组成。参照图1。

金属波导3，为金属材质，如铜、铝等轻质金属。其形状为倒l型，l型的顶部31为方型，为辐射部分；侧面32为矩形，为馈电部分。

将聚酰亚胺介质材料2填满金属波导3，且聚酰亚胺介质块2凸出金属波导3。采用聚酰亚胺介质材料2减小天线口径，其凸出部分改善天线轴比。如图5所示。

连接器1为波导的馈电结构，给天线馈电。为长方体，也可为其他形状。连接器1固接于金属波导3下的空间内，连接器1不能突出金属波导3的边界。连接器1有两路探针，一路为信号输入端与信号源连接，一路为输出端与金属波导3的侧面32连接。

参照图2，金属波导3的侧面32为馈电波导腔，其内部有匹配结构4，是阶梯型金字塔结构，与连接器1的输出端探针连接。

圆极化5是阶梯型膜片结构，用以产生圆极化波。位于金属波导3顶部31的中间位置。参见图4。

本实施例其天线单元大小为9mm×9mm，波导口径大小为6.8mm×6.8mm，馈电波导的尺寸为9mm×4.3mm×7.8mm。聚酰亚胺介质块凸出波导1mm，以改善天线的轴比带宽。ssmp连接器安装位置距波导底部距离为4.6mm。

匹配结构4由3个厚度为0.5mm，高度分别为6.5mm，8.2mm，8.7mm的金属块构成。阶梯型圆极化器的厚度为1mm，由4级台阶组成，4级台阶的高度分别为0.5mm，1.2mm，2mm、2.7mm。

技术特征：

技术总结
本发明一种圆极化相控阵天线单元由金属波导、聚酰亚胺介质材料、匹配结构、连接器、圆极化器组成；所述金属波导，为金属材质，其形状为倒L型，L型的顶部为方型；侧面为矩形；将所述聚酰亚胺介质材料填满金属波导，且聚酰亚胺介质块凸出金属波导；所述连接器为波导的馈电结构，连接器固接于金属波导下的空间内，连接器有两路探针，一路为信号输入端与信号源连接，一路为输出端与金属波导的侧面连接；所述金属波导的侧面为馈电波导腔，其内部有匹配结构，是阶梯型金字塔结构，与连接器的输出端探针连接。所述圆极化是阶梯型膜片结构，位于金属波导顶部的中间位置。本发明加工简单，保证产品的合格率和精度。

技术研发人员：祖亚运;龚树军
受保护的技术使用者：北京华航无线电测量研究所
技术研发日：2018.11.26
技术公布日：2019.04.05