一种单脉冲阵列天线的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种单脉冲阵列天线，包含：金属反射板，呈圆形；辐射阵列层，设置在金属反射板的上方，且与金属反射板之间留有间隙；平衡转换馈电层，其与辐射阵列层相连接，设置在金属反射板的上方，且与该辐射阵列层位于同一介质层；单脉冲馈电网络层，其与平衡转换馈电层相连接，设置在金属反射板的下方。本发明中的辐射阵列层采用平行双导线馈电方式，结构简单，易于加工；平衡转换馈电层采用微带转平行双导线馈电方式，可以与辐射阵列层共介质层，实现阻抗转换和单元馈电不平衡与平衡转换；单脉冲馈电网络层采用波导结构，可以减小损耗，提高天线效率，从而使单脉冲阵列天线具有效率高、频带宽，作用距离远等特性。
【专利说明】一种单脉冲阵列天线
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种天线结构，具体是指一种单脉冲阵列天线，属于天线设计领域。
【背景技术】
[0002]现有技术中，对单脉冲阵列天线设计的研究主要是针对反射面天线，波导天线和微带天线三种。
[0003]《探测与控制学报》(VoL30，N0.1P58-62 2008)中刊登的文献《Ku波段微带单脉冲天线阵研究》公开了一种采用微带天线形式而实现的单脉冲天线，其中和差网络与馈电网络均在同一层，使得天线质量轻，易于加工。但是由于采用并联馈电的形式，因此导致传输路径长，损耗较大，天线效率低。
[0004]《电子与信息学报》(VoL29，N0.11P2743-2746 2007)中刊登的文献《L/S双频段圆形阵列单脉冲抛物面天线》公开了一种采用反射面天线形式而实现的双频单脉冲天线，由于其采用卡塞格伦天线形式(双反射面)，使得纵向尺寸较大且天线效率和低副瓣性能较难实现。
[0005]基于上述，本发明提出一种采用平行双导线馈电而实现的单脉冲天线，其结构简单，利于批产，而且采用波导和差网络，使得损耗小，天线效率高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种单脉冲阵列天线，其中辐射阵列层采用平行双导线馈电方式，结构简单，易于加工；平衡转换馈电层采用微带转平行双导线馈电方式，可以与辐射阵列层共介质层，实现阻抗转换和单元馈电不平衡与平衡转换；单脉冲馈电网络层采用波导结构，可以减小损耗，提高天线效率，从而使单脉冲阵列天线具有效率高、频带宽，作用距离远等特性。
[0007]为了达到上述目的，本发明所提供的单脉冲阵列天线，包含:金属反射板，其呈圆形；辐射阵列层，其设置在所述的金属反射板的上方，且与该金属反射板之间留有间隙；平衡转换馈电层，其与所述的辐射阵列层相连接，设置在所述的金属反射板的上方，且与该辐射阵列层位于同一介质层；单脉冲馈电网络层，其与所述的平衡转换馈电层相连接，设置在所述的金属反射板的下方。
[0008]所述的辐射阵列层包含两组阵列组件，每组阵列组件包含若干相互平行且以一定间隔设置的平行双导线激励的半波振子线阵；两组阵列组件中的若干平行双导线激励的半波振子线阵以金属反射板的直径为中轴线分别镜像对称设置在该中轴线的两侧，且每个平行双导线激励的半波振子线阵与中轴线垂直设置。
[0009]每个所述的平行双导线激励的半波振子线阵包含若干等间距排列设置的半波振子，每个所述的半波振子与金属反射板之间设置一定距离的间隙。
[0010]所设置的半波振子的数量由中轴线至金属反射板的边缘处的垂直距离的大小决定。
[0011]所述的每个半波振子包含上金属半波振子和下金属半波振子。
[0012]所述的平衡转换馈电层包含若干平衡转换馈电结构，每个平衡转换馈电结构分别与对应的平行双导线激励的半波振子线阵相连接。
[0013]所述的平衡转换馈电结构包含:具有上导线和下导线的平行双导线，该平行双导线的上导线与对应的平行双导线激励的半波振子线阵中的每个半波振子的上金属半波振子相连接，该平行双导线的下导线与对应的平行双导线激励的半波振子线阵中的每个半波振子的下金属半波振子相连接；微带线，其一端与所述的平行双导线连接；同轴结构，其与所述的微带线相互垂直设置；该同轴结构的一端与所述的微带线的另一端连接，该同轴结构的另一端竖直穿过所述的金属反射板的边缘。
[0014]所述的单脉冲馈电网络层包含:功率合成网络波导层，其位于所述的金属反射板的下端面上，且围绕该金属反射板的边缘设置，该功率合成网络波导层分别与各个平衡转换馈电结构对应连接；和差网络层，其叠加设置在所述的功率合成网络波导层的下方，且围绕该金属反射板的边缘设置，该和差网络层与所述的功率合成网络波导层相连接。
[0015]所述的功率合成网络波导层包含若干依次平行设置的波导，每根波导分别与对应的平衡转换馈电结构的同轴结构的另一端相连接。
[0016]综上所述，本发明所提供的单脉冲阵列天线，辐射阵列层采用平行双导线馈电方式，结构简单，易于加工批产；平衡转换馈电层采用微带转平行双导线馈电方式，可以与辐射阵列层共介质层，实现阻抗转换和单元馈电不平衡与平衡转换；单脉冲馈电网络层采用波导结构，可以减小损耗，提高天线效率。因此，本发明所提供的单脉冲阵列天线具有效率高、频带宽，作用距离远等特性，同时具备布局合理巧妙，加工难度小，利于焊接，易于批量生产的优点，可以满足在空间上天线阵列复合、兼容的需求，具有很强的实用性及应用前旦
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【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明中的单脉冲阵列天线结构示意图；
图2为本发明中的辐射阵列层的结构示意图；
图3为本发明中的平衡转换馈电结构的结构示意图；
图4为本发明中的平行双导线激励的二元半波振子线阵的结构示意图；
图5为本发明中的平行双导线激励的三元半波振子线阵的结构示意图；
图6为本发明中的平行双导线激励的四元半波振子线阵的结构示意图；
图7为本发明中的单脉冲阵列天线的背部结构示意图；
图8为本发明中的功率合成网络波导层的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合图1?图8，详细说明本发明的一个优选实施例。
[0019]如图1所示，为本发明提供的单脉冲阵列天线，包含:金属反射板4，其呈圆形；辐射阵列层1，其设置在所述的金属反射板4的上方，且与该金属反射板之间留有间隙；平衡转换馈电层，其与所述的辐射阵列层I相连接，设置在所述的金属反射板4的上方，且与该辐射阵列层I位于同一介质层；单脉冲馈电网络层3，其与所述的平衡转换馈电层相连接，设置在所述的金属反射板4的下方。
[0020]如图2所示，所述的辐射阵列层I包含两组阵列组件，每组阵列组件包含若干相互平行且以一定间隔设置的平行双导线激励的半波振子线阵，以作为阵列阵元；两组阵列组件中的若干平行双导线激励的半波振子线阵以金属反射板4的直径为中轴线16分别镜像对称设置在该中轴线16的两侧，且每个平行双导线激励的半波振子线阵与中轴线16垂直设置。
[0021]每个所述的平行双导线激励的半波振子线阵包含若干等间距排列设置的半波振子，每个所述的半波振子与金属反射板4之间设置一定距离的间隙，使得每个半波振子可以获得单向辐射的最大效率；所设置的半波振子的数量由中轴线16至金属反射板4的边缘处的垂直距离的大小决定；也就是说，根据中轴线16至金属反射板4的边缘处的垂直距离的大小，尽可能多的设置半波振子。
[0022]如图4?图6所示，所述的每个半波振子包含上金属半波振子11和下金属半波振子12。
[0023]本实施例中，如图1和图2所示，每组阵列组件均由8个相互平行且以一定间隔设置的平行双导线激励的半波振子线阵构成，因此所述的单脉冲阵列天线共包含16个平行双导线激励的半波振子线阵。
[0024]而在每组阵列组件中，位于该阵列组件的中心位置处设置两个平行双导线激励的四元半波振子线阵15，也就是说，由于该位置中轴线16至金属反射板4的边缘处的垂直距离较大，基本接近金属反射板4的半径值，因此每个平行双导线激励的四元半波振子线阵15包含4个半波振子，并且每个半波振子都是等间距间隔设置的；而在这两个平行双导线激励的四元半波振子线阵15的外侧，分别再设置两个(共四个)平行双导线激励的三元半波振子线阵14，由于该位置中轴线16至金属反射板4的边缘处的垂直距离稍小，因此每个平行双导线激励的三元半波振子线阵14包含3个半波振子，并且每个半波振子都是等间距间隔设置的；最后，在处于外侧的两个平行双导线激励的四元半波振子线阵15的外侧，分别再设置一个(共两个)平行双导线激励的二元半波振子线阵13，由于该位置中轴线16至金属反射板4的边缘处的垂直距离更小，因此每个平行双导线激励的二元半波振子线阵13包含2个半波振子，并且每个半波振子都是等间距间隔设置的。综合上述，本实施例中，半波振子的总数为48个。
[0025]并且，在该实施例中，位于中轴线16两侧的两组阵列组件中的平行双导线激励的四元半波振子线阵15、平行双导线激励的三元半波振子线阵14和平行双导线激励的二元半波振子线阵13都是以中轴线16镜像对称设置的。
[0026]如图1?图2所示，所述的平衡转换馈电层包含若干平衡转换馈电结构2，每个平衡转换馈电结构2分别与对应的平行双导线激励的半波振子线阵相连接；如图3所示，该平衡转换馈电结构包含:具有上导线和下导线的平行双导线22，该平行双导线22的上导线与对应的平行双导线激励的半波振子线阵中的每个半波振子的上金属半波振子11相连接，该平行双导线22的下导线与对应的平行双导线激励的半波振子线阵中的每个半波振子的下金属半波振子12相连接；此处，为了实现阵列天线的各个阵列阵元的辐射相位同相，所以一定不能将上金属半波振子11连接下导线，下金属半波振子12连接上导线；微带线21，其一端与所述的平行双导线22连接，实现阻抗转换以及单元馈电不平衡与平衡转换；同轴结构23，其与所述的微带线21相互垂直设置；该同轴结构23的一端与所述的微带线21的另一端连接，该同轴结构23的另一端竖直穿过所述的金属反射板4的边缘。
[0027]如图4?图6所示，分别为本实施例中的平行双导线激励的四元半波振子线阵15、平行双导线激励的三元半波振子线阵14和平行双导线激励的二元半波振子线阵13与各自对应的平衡转换馈电结构2相连接的示意图。其中，不论该平行双导线激励的半波振子线阵中设置了多少个半波振子，每个半波振子的上金属半波振子11都是和平行双导线22的上导线连接，而下金属半波振子12都是和平行双导线22的下导线连接。并且平行双导线22再与微带线21相连接，实现阻抗转换以及单元馈电不平衡与平衡转换。
[0028]由于本实施例中，单脉冲阵列天线共包含16个平行双导线激励的半波振子线阵，因此相应的设置有16个平衡转换馈电结构2，分别与各个平行双导线激励的半波振子线阵对应连接。
[0029]如图7所示，为本发明中的单脉冲阵列天线的背部结构示意图，其是将单脉冲阵列天线翻转之后，使其背面朝上的示意图；而所述的单脉冲馈电网络层3即设置在单脉冲阵列天线的背部，包含:功率合成网络波导层34，其位于所述的金属反射板4的下端面上，且围绕该金属反射板4的边缘设置，该功率合成网络波导层34分别与各个平衡转换馈电结构2对应连接；和差网络层35，其叠加设置在所述的功率合成网络波导层34的下方，且围绕该金属反射板4的边缘设置，该和差网络层35与所述的功率合成网络波导层34相连接。
[0030]如图8所示，所述的功率合成网络波导层34包含若干依次平行设置的波导341，每根波导341分别与对应的平衡转换馈电结构2的同轴结构23的另一端相连接。本实施例中，功率合成网络波导层34总共包含16根平行设置的波导341，每根波导341分别对应连接同轴结构23的另一端。
[0031]如图7所示，所述的单脉冲阵列天线还包含三个天线输出接口，分别为和口 32以及两个差口 31和33。
[0032]本发明所提供的单脉冲阵列天线中，每一根平行双导线激励的半波振子线阵在接近整个天线口径的边缘处(也就是金属反射板的圆周边缘处)，通过90度的巴伦馈电弯角，利用同轴结构穿过金属反射板，将接收到的信号馈入到由平行波导组成的功率合成网络波导层中得到激励；由于每一根平行双导线激励的半波振子线阵上的半波振子与金属反射板之间留有一定距离的间隙，因此其可以获得单向辐射的最大效率。所述的功率合成网络波导层对每根波导进行功率加权合成，之后馈入和差网络层中，由该和差网络层实现和差、方位差以及俯仰差三路信号，从而形成单脉冲体制。所述的功率合成网络波导层的每根波导通过对应连接的同轴结构，将信号馈入微带线，采用微带线转平行双导线的渐变结构，实现阻抗转换和单元馈电不平衡与平衡的转换，然后通过与平行双导线对应连接的每根半波振子线阵上的半波振子，将信号辐射出去。
[0033]综上所述，本发明所提供的单脉冲阵列天线，辐射阵列层采用平行双导线馈电方式，结构简单，易于加工批产；平衡转换馈电层采用微带转平行双导线馈电方式，可以与辐射阵列层共介质层，实现阻抗转换和单元馈电不平衡与平衡转换；单脉冲馈电网络层采用波导结构，可以减小损耗，提高天线效率。因此，本发明所提供的单脉冲阵列天线具有效率高、频带宽，作用距离远等特性，同时具备布局合理巧妙，加工难度小，利于焊接，易于批量生产的优点，可以满足在空间上天线阵列复合、兼容的需求，具有很强的实用性及应用前旦
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[0034]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种单脉冲阵列天线，其特征在于，包含: 金属反射板(4)，其呈圆形； 辐射阵列层(1)，其设置在所述的金属反射板(4)的上方，且与该金属反射板之间留有间隙； 平衡转换馈电层，其与所述的辐射阵列层(I)相连接，设置在所述的金属反射板(4)的上方，且与该辐射阵列层(I)位于同一介质层； 单脉冲馈电网络层(3)，其与所述的平衡转换馈电层相连接，设置在所述的金属反射板(4)的下方。
2.如权利要求1所述的单脉冲阵列天线，其特征在于，所述的辐射阵列层(I)包含两组阵列组件，每组阵列组件包含若干相互平行且以一定间隔设置的平行双导线激励的半波振子线阵； 两组阵列组件中的若干平行双导线激励的半波振子线阵以金属反射板(4)的直径为中轴线(16)分别镜像对称设置在该中轴线(16)的两侧，且每个平行双导线激励的半波振子线阵与中轴线(16)垂直设置。
3.如权利要求2所述的单脉冲阵列天线，其特征在于，每个所述的平行双导线激励的半波振子线阵包含若干等间距排列设置的半波振子，每个所述的半波振子与金属反射板(4)之间设置一定距离的间隙。
4.如权利要求3所述的单脉冲阵列天线，其特征在于，所设置的半波振子的数量由中轴线(16)至金属反射板(4)的边缘处的垂直距离的大小决定。
5.如权利要求3或4所述的单脉冲阵列天线，其特征在于，所述的每个半波振子包含上金属半波振子(11)和下金属半波振子(12)。
6.如权利要求5所述的单脉冲阵列天线，其特征在于，所述的平衡转换馈电层包含若干平衡转换馈电结构(2)，每个平衡转换馈电结构(2)分别与对应的平行双导线激励的半波振子线阵相连接。
7.如权利要求6所述的单脉冲阵列天线，其特征在于，所述的平衡转换馈电结构包含: 具有上导线和下导线的平行双导线(22)，该平行双导线(22)的上导线与对应的平行双导线激励的半波振子线阵中的每个半波振子的上金属半波振子(11)相连接，该平行双导线(22)的下导线与对应的平行双导线激励的半波振子线阵中的每个半波振子的下金属半波振子(12)相连接； 微带线(21)，其一端与所述的平行双导线(22)连接； 同轴结构(23)，其与所述的微带线(21)相互垂直设置；该同轴结构(23)的一端与所述的微带线(21)的另一端连接，该同轴结构(23)的另一端竖直穿过所述的金属反射板(4)的边缘。
8.如权利要求7所述的单脉冲阵列天线，其特征在于，所述的单脉冲馈电网络层(3)包含: 功率合成网络波导层(34)，其位于所述的金属反射板(4)的下端面上，且围绕该金属反射板(4)的边缘设置，该功率合成网络波导层(34)分别与各个平衡转换馈电结构(2)对应连接； 和差网络层(35)，其叠加设置在所述的功率合成网络波导层(34)的下方，且围绕该金属反射板(4)的边缘设置，该和差网络层(35)与所述的功率合成网络波导层(34)相连接。
9.如权利要求8所述的单脉冲阵列天线，其特征在于，所述的功率合成网络波导层(34)包含若干依次平行设置的波导(341)，每根波导(341)分别与对应的平衡转换馈电结构(2)的同轴结构(23)的另一端相连接。
【文档编号】H01Q19/10GK104393406SQ201410666404
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】商远波, 王月娟, 玄晓波, 姚凤薇, 王敏, 田晓青, 刘元云, 吉峰, 王树文 申请人:上海无线电设备研究所