一种X波段谐振腔天线单元及阵列的制作方法

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种x波段谐振腔天线单元及阵列。

背景技术：

由于x波段的相控阵雷达探测距离广，分辨率高，在军事和民用中有着广泛的应用，尤其是x波段的气象雷达可以精确预测龙卷风等，x波段的相控阵雷达可以远距离追踪导弹等。因此，适合于x波段的天线设计，一直是天线设计者关注的重点。

传统的相控阵天线一般采用微带贴片天线或波导缝隙天线，其中，微带贴片天线在论文(钟顺时，微带天线理论与应用，西安电子科技大学出版社，出版，1991)及(张中伟，相控阵天线关键技术的研究，杭州电子科技大学毕业论文，2012，(5):50-61))中均有记载，波导缝隙天线在论文(巴拉尼兹，现代天线手册，ajhonwiley&sons,inc.,出版，2008)及申请号为200610156057.6的专利文献中均有记载，但是这两种天线在带宽和辐射效率上各有优劣，往往满足不了x波段的相控阵雷达的要求，波导缝隙天线的成本高、带宽窄且不容易维护，而一般微带贴片天线的带宽窄，往往只能够在部分工作频段内有着良好的辐射性能。

在论文(孙丹等，一种宽带缝隙耦合微带天线，现代雷达，2009，(4))中，提出采用多层缝隙耦合微带天线，这种天线虽然改善了天线的辐射性能，但是结构复杂，增加了天线的设计成本和调试成本，虽然能够集成在大规模的相控阵上，但是对后期的维护造成一定的困难，而且天线的后向辐射较高。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明实施例提供了一种x波段谐振腔天线单元及阵列。

第一方面，本发明实施例提供的x波段谐振腔天线单元包括金属谐振腔、介质基板、金属地板、伞状微带馈线和smp插针，其中：

所述金属谐振腔包括多个内部掏空的金属腔体，所述金属谐振腔的底端开有圆孔，用于插接smp插针，所述介质基板整体嵌入所述金属谐振腔；

所述介质基板的顶部与所述金属谐振腔的顶端平齐，所述介质基板的下表面刻蚀有金属地板，上表面刻蚀有伞状微带馈线，所述介质基板开有圆孔，用于插接smp插针；

所述金属地板表面光滑；

所述伞状微带馈线表面光滑；

所述smp插针从所述金属谐振腔底端的中心圆孔穿入，所述smp插针的外芯与所述金属地板固定连接，所述smp插针的内芯穿过所述介质基板与所述伞状微带馈线固定连接。

进一步地，每个金属腔体的壁厚相同、外部平齐且表面光滑。

进一步地，所述介质基板的材质为聚四氟乙烯玻璃纤维。

进一步地，所述金属地板包括一个椭圆形的微带贴片和一个带有一个柄的扇形微带贴片。

进一步地，所述伞状微带馈线包括一个长方形的微带馈线和一个圆形的微带贴片。

进一步地，所述smp插针的特性阻抗为50欧姆。

进一步地，所述金属地板以及伞状微带馈线的材质均为铜箔。

进一步地，所述金属谐振腔底端的圆孔的直径与所述smp插针的外芯的直径相同，所述介质基板开的圆孔的直径与所述smp插针的内芯的直径相同，圆孔的圆心处于在距离介质基板的中心为原点的0.082λg处，其中，λg为电磁波在介质中的波长。

进一步地，所述金属谐振腔的材质为铝或表面覆铜的塑料。

第二方面，本发明实施例提供的x波段谐振腔天线阵列，其特征在于，

所述x波段谐振腔天线阵列包括多个如权利要求1所述的x波段谐振腔天线单元，其中，

所述x波段谐振腔天线阵列的工作带宽覆盖x波段，在8.68ghz-11.10ghz频段内的电压驻波比小于2，最大增益起伏为2.01db。

与现有技术相比，本发明实施例提供的x波段谐振腔天线单元及阵列具有以下有益效果：

(1)由于介质基板整体嵌入金属谐振腔，介质基板的上表面与金属谐振腔的顶端平齐，因此结构稳定性好，不容易受外力影响而形变，而且介质基板和smp插针独立于金属谐振腔，便于安装和维护；

(2)不仅仅只适用于某个频段以及线极化的天线，只需要对刻蚀在介质基板下表面的金属地板和刻蚀在介质基板上表面的伞状的微带馈线做一些改进，可以方便地实现模式的拓展以及多极化或者圆极化等。

(3)采用材质为铝的全金属谐振腔的天线阵列不容易受外力而变形，而采用表面覆铜的塑料谐振腔的天线阵列重量轻且加工制造成本低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的x波段谐振腔天线单元的立体示意图；

图2为本发明实施例提供的x波段谐振腔天线单元的俯视示意图；

图3为本发明实施例提供的x波段谐振腔天线单元的金属底板的仰视示意图；

图4为本发明实施例提供的x波段谐振腔天线单元的剖视示意图；

图5为本发明实施例提供的x波段谐振腔天线阵列的立体示意图；

图6为本发明实施例提供的x波段谐振腔天线阵列的俯视示意图；

图7为本发明实施例提供的x波段谐振腔天线阵列的金属底板的仰视示意图；

图8为本发明实施例提供的x波段谐振腔天线阵列电压驻波比的仿真示意图；

图9为本发明实施例提供的x波段谐振腔天线阵列在方位面±30°上的相扫仿真示意图；

图10为本发明实施例提供的x波段谐振腔天线阵列在俯仰面±30°上的相扫仿真示意图；

图11为本发明实施例提供的x波段谐振腔天线阵列的增益随频率的变化示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1-4，本发明实施例提供的x波段谐振腔天线单元包括：

金属谐振腔1、介质基板2、金属地板3、伞状微带馈线4和smp插针5，其中：

金属谐振腔1包括多个内部掏空的金属腔体，金属谐振腔1的底端开有圆孔，用于插接smp插针5，介质基板2整体嵌入金属谐振腔1；

介质基板2的顶部与金属谐振腔1的顶端平齐，介质基板2的下表面刻蚀有金属地板3、上表面刻蚀有伞状微带馈线4，介质基板2开有圆孔，用于插接smp插针5；

金属地板3的表面光滑；

伞状微带馈线4的表面光滑；

smp插针5从金属谐振腔1底端的中心圆孔穿入，smp插针5的外芯51与金属地板3固定连接，smp插针5的内芯52穿过介质基板2与伞状微带馈线4固定连接。

作为一个具体的实施例，smp插针的内芯52直径为1.2mm，smp插针的外芯51直径为3.0mm。

可选地，每个金属腔体的壁厚相同、外部平齐且表面光滑。

可选地，介质基板2的材质为聚四氟乙烯玻璃纤维。

作为一个具体的实施例，介质基板的尺寸为15.44mm×15.44mm。

可选地，金属地板3包括一个椭圆形的微带贴片和一个带有一个柄的扇形微带贴片。

作为一个具体的实施例，椭圆形的微带贴片的长轴为4.2mm，轴比为1.27。

可选地，伞状微带馈线4包括一个长方形的微带馈线和一个圆形的微带贴片。

作为一个具体的实施例，长方形的微带馈线的宽度为1mm，长度为1.05mm，圆形的微带贴片的半径为2.2mm。

可选地，smp插针的特性阻抗为50欧姆。

可选地，金属地板3以及伞状微带馈线4的材质均为铜箔。

作为一个具体的实施例，金属地板3以及伞状微带馈线4的厚度均为35um。

可选地，金属谐振腔1底端的圆孔的直径与smp插针5的外芯51的直径相同，介质基板开的圆孔的直径与smp插针5的内芯52的直径相同，圆孔的圆心处于在距离介质基板2的中心为原点的0.082λg处，其中，λg为电磁波在介质中的波长。

可选地，金属谐振腔1的材质为铝或表面覆铜的塑料。

参照图5-7，本发明实施例提供的x波段谐振腔天线阵列包括图-4所示的多个x波段谐振腔天线单元，其中，

x波段谐振腔天线阵列的工作带宽覆盖x波段，在8.68ghz-11.10ghz频段内的电压驻波比小于2，最大增益起伏为2.01db。

作为一个具体的实施例，该天线阵列为4×4的矩形栅格布局，尺寸为69.75mm×69.75mm×4.5mm。

本发明实施例提供的x波段谐振腔天线阵列及阵列包括金属谐振腔、介质基板、金属地板、伞状微带馈线和smp插针，其中，金属谐振腔包括多个内部掏空的金属腔体，金属谐振腔的底端开有圆孔，用于插接smp插针，介质基板整体嵌入所述金属谐振腔，介质基板的顶部与金属谐振腔的顶端平齐，介质基板的下表面刻蚀有金属地板、上表面刻蚀有伞状微带馈线，介质基板开有圆孔，用于插接smp插针，金属地板表面光滑，伞状微带馈线表面光滑，smp插针从金属谐振腔底端的中心圆孔穿入，smp插针的外芯与金属地板固定连接，smp插针的内芯穿过介质基板与伞状微带馈线固定连接，简化了天线结构，使得天线便于安装和维护、易于调试、减少了加工制造成本。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。