專利名稱：多模單脈沖天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
多模單脈沖天線可直接應(yīng)用于微波毫米波跟蹤、探測、通訊、測量、天文觀察等系
統(tǒng)，也可作為拋物反射面天線、卡塞格倫天線的饋源，實(shí)現(xiàn)高增益、窄波束單脈沖天線。
背景技術(shù)：
單脈沖天線是在在第二次世界大戰(zhàn)后出現(xiàn)而在五、六十年代迅速發(fā)展起來的一種精密跟蹤天線。隨著導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星和宇航技術(shù)的發(fā)展，原先采用的順序波束法和圓錐掃描法體制在跟蹤精度和取得目標(biāo)角度信息的速度方面都不能適應(yīng)新的要求。而單脈沖體制(又稱為同時波束法)原則上只需要一個回波脈沖就能獲得目標(biāo)的距離和全部角坐標(biāo)信息，這樣就大大加快了提取目標(biāo)角度信息的速度，而且其跟蹤精度、抗干擾能力諸性能均優(yōu)于原來的體制，因而得到廣泛的應(yīng)用。 具有理想饋源口徑分布的單脈沖天線也用于對拋物反射面天線、卡塞格倫天線進(jìn)行饋電，形成高增益、窄波束的單脈沖天線。這種單脈沖饋源是整個天線的關(guān)鍵元件，整個單脈沖天線的性能與它密切相關(guān)。原則上可以通過分別控制"和"模與"差"模的口徑激勵來實(shí)現(xiàn)最佳的理想饋源口徑激勵。常用的獨(dú)立控制各模的方法是多喇叭法，多模法，以及它們的組合——多喇叭多模法，實(shí)用中多采用多模饋源，這是因?yàn)椴捎眠@種方法容易控制口徑激勵，可以得到最佳口徑場分布，而且其饋源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，故目前應(yīng)用極為廣泛。[0004] 多模饋源就是用一個單孔徑饋源提供單脈沖和差信號。這種技術(shù)的基礎(chǔ)除了利用常規(guī)的主模TEw以外，還利用高階波導(dǎo)模。所用的高次模是由在波導(dǎo)中引入的不連續(xù)性而產(chǎn)生，通常采用變張角或變截面的方法來激勵所需要的波型，通常稱這種結(jié)構(gòu)為波型器。其輸入端的波導(dǎo)稱之為激勵波導(dǎo)，輸出端的波導(dǎo)稱之為主波導(dǎo)，主波導(dǎo)的開口端即為饋源輻射口徑面。激勵波導(dǎo)僅能傳輸主模，而在主波導(dǎo)中各種模式以不同的相速度向輻射口徑傳播。多模單脈沖天線的工作原理就是利用適當(dāng)?shù)牟ㄐ推鳟a(chǎn)生需要的多個波型模式，通過改變主波導(dǎo)的尺寸特別是其長度來控制口徑面上各模的相對幅度和相位的關(guān)系，產(chǎn)生接近于理想饋源形狀的偶對稱與奇對稱分布。 基片集成波導(dǎo)不僅具有平面化的電路結(jié)構(gòu)，同時具有低損耗、低互耦、高Q值的特性，因此可以用來設(shè)計(jì)高性能的多模單脈沖天線。

發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型的目的是利用基片集成波導(dǎo)設(shè)計(jì)一個多模單脈沖天線，使其能直接與射頻電路相集成，具有低插入損耗、低加工成本、易于大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。[0007] 技術(shù)方案本實(shí)用新型的多模單脈沖天線，其特征在于上層金屬敷銅面、下層金屬敷銅面分別位于介質(zhì)基片的正反兩側(cè)，金屬化通孔穿過介質(zhì)基片與上層金屬敷銅面、下層金屬敷銅面相連接形成依次排列的基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器、基片集成波導(dǎo)90度移相器、基片集成波導(dǎo)波型器、主波導(dǎo)，即前一個部件的輸出端接后一個部件的輸入端；基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器的第一個輸入口與多?；刹▽?dǎo)單脈沖天線的第一輸入端口相連，基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器的第二個輸入口與多?；刹▽?dǎo)單脈沖天線的第二輸入端口相連；主波導(dǎo)的輸出端接喇叭天線的輸入端。 所述的喇叭天線的下側(cè)為延長的介質(zhì)基片，上側(cè)為斜坡銅片，兩側(cè)為第一側(cè)面銅片、第二側(cè)面銅片，第一側(cè)面銅片、第二側(cè)面銅片與延長的介質(zhì)基片的下層金屬敷銅面相連接。 基片集成波導(dǎo)90度移相器通過調(diào)節(jié)金屬化通孔的位置，形成具有不同寬度的基片集成波導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)所需的90度相移量。 基片集成波導(dǎo)波型器具有兩個輸入口、一個輸出口 ；基片集成波導(dǎo)波型器兩個輸入口的寬度均設(shè)定為僅允許基片集成波導(dǎo)的主模傳輸；基片集成波導(dǎo)波型器輸出口的寬度設(shè)定為允許基片集成波導(dǎo)的前三個模式傳輸。延長的介質(zhì)基片只有下層金屬敷銅面，而無上層金屬敷銅面，也無金屬化通孔。 基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器、基片集成波導(dǎo)90度移相器的寬度設(shè)定為只允許基
片集成波導(dǎo)的主模TEw傳播；基片集成波導(dǎo)波型器的不連續(xù)性使得主波導(dǎo)中出現(xiàn)高次模；
主波導(dǎo)的寬度設(shè)定為只允許基片集成波導(dǎo)的前三個模式TE1Q， TE2。， TE3。傳播。 若選用的介質(zhì)基片足夠厚，使得主波導(dǎo)的輸出口可以有效的輻射能量，則不需要
再接額外的喇叭天線輻射能量；但通常情況下，使用的介質(zhì)基片較薄，無法直接利用主波導(dǎo)
的開口端進(jìn)行輻射，則需要將主波導(dǎo)輸出端的介質(zhì)基片延長，延長的介質(zhì)基片只有下層金
屬敷銅面，而無上層金屬敷銅面，也無金屬化通孔，將第一側(cè)面銅片、第二側(cè)面銅片、斜坡銅
片與延長的介質(zhì)基片的下層金屬敷銅面相互焊接，構(gòu)成一個喇叭天線，實(shí)現(xiàn)能量的有效輻射。 從多模單脈沖天線的第一輸入端口饋電，輸入信號通過基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器、基片集成波導(dǎo)90度移相器，在基片集成波導(dǎo)90度移相器的兩個輸出口得到幅度相等、相位相反的兩個輸出，再分別進(jìn)入基片集成波導(dǎo)波形器的第一個輸入口 、基片集成波導(dǎo)波形器的第二個輸入口 ，經(jīng)過基片集成波導(dǎo)波形器的不連續(xù)性，在基片集成波導(dǎo)波形器的輸出口激勵出TEw模，通過主波導(dǎo)進(jìn)入喇叭天線，在喇叭天線的輻射口形成奇對稱分布，可激勵出差波束；從多?；刹▽?dǎo)單脈沖天線的第二輸入端口饋電，輸入信號通過基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器、基片集成波導(dǎo)90度移相器，在基片集成波導(dǎo)90度移相器的兩個輸出口得到幅度相等、相位相同的兩個輸出，再分別進(jìn)入基片集成波導(dǎo)波形器的第一個輸入口 、基片集成波導(dǎo)波形器的第二個輸入口 ，經(jīng)過基片集成波導(dǎo)波形器的不連續(xù)性，在基片集成波導(dǎo)波形器的輸出口激勵出TE『TE3。模，通過主波導(dǎo)進(jìn)入喇叭天線，適當(dāng)調(diào)節(jié)主波導(dǎo)、延長的介質(zhì)基片的長度和主波導(dǎo)的寬度，使得TEw和TEw模在喇叭天線的輻射口正好反相，形成偶對稱分布，可激勵出和波束；若奇對稱分布只存在TE2。 一種模式，適當(dāng)調(diào)節(jié)基片集成波導(dǎo)波形器的輸入口和輸出口寬度的比值，可以得到近似鐘型的最佳偶對稱口徑場分布，而不影響奇對稱場分布。
有益效果本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn) 1 :)使單脈沖天線在以平面的形式工作于微波毫米波頻段時，具有較高增益、Q值和較低損耗。同時與金屬波導(dǎo)的立體結(jié)構(gòu)相比，體積小、重量輕、加工簡便、成本低。[0016] 2 :)該單脈沖天線制作于介質(zhì)基片上，與有源電路集成方便。[0017] 3 :)單脈沖天線的各子部分集成為一體，結(jié)構(gòu)緊湊。
4[0018] 4:)可以利用普通PCB工藝加工，精度高、重復(fù)性好，適合大批量生產(chǎn)。
圖1是本實(shí)用新型多模單脈沖天線的結(jié)構(gòu)示意圖， 以上的圖中有上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2、介質(zhì)基片3、延長的介質(zhì)基片31、金屬化通孔4、基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器5、基片集成波導(dǎo)90度移相器6、基片集成波導(dǎo)波型器7、主波導(dǎo)8、喇叭天線9、第一側(cè)面銅片91、第二側(cè)面銅片92、斜坡銅片93、第一輸入端口 101、第二輸入端口 102。
具體實(shí)施方式本實(shí)用新型中的多模單脈沖天線，包括上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2、介質(zhì)基片3、延長的介質(zhì)基片31、金屬化通孔4、基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器5、基片集成波導(dǎo)90度移相器6、基片集成波導(dǎo)波型器7、主波導(dǎo)8、喇叭天線9、第一側(cè)面銅片91、第二側(cè)面銅片92、斜坡銅片93、第一輸入端口 101、第二輸入端口 102 ;上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2分別位于介質(zhì)基片3的正反兩側(cè)，金屬化通孔4穿過介質(zhì)基片3與上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2相連接形成基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器5、基片集成波導(dǎo)90度移相器6、基片集成波導(dǎo)波型器7、主波導(dǎo)8 ;基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器5的第一個輸入口與多?；刹▽?dǎo)單脈沖天線的第一輸入端口 101相連，基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器5的第二個輸入口與多?；刹▽?dǎo)單脈沖天線的第二輸入端口 102相連，基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器5的第一個輸出口與基片集成波導(dǎo)90度移相器6的第一個輸入口相連，基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器5的第二個輸出口與基片集成波導(dǎo)90度移相器6的第二個輸入口相連；基片集成波導(dǎo)90度移相器6的第一個輸出口與基片集成波導(dǎo)波型器7的第一個輸入口相連，基片集成波導(dǎo)90度移相器6的第二個輸出口與基片集成波導(dǎo)波型器7的第二個輸入口相連；基片集成波導(dǎo)波型器7的輸出口與主波導(dǎo)8的輸入口相連；主波導(dǎo)8輸出端的介質(zhì)基片3延長，延長的介質(zhì)基片31只有下層金屬敷銅面2，而無上層金屬敷銅面l，也無金屬化通孔4，第一側(cè)面銅片91、第二側(cè)面銅片92、斜坡銅片93和延長的介質(zhì)基片31的下層金屬敷銅面2相互焊接，構(gòu)成喇叭天線9。 在工作頻帶范圍內(nèi)，基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器5、基片集成波導(dǎo)90度移相器6、基片集成波導(dǎo)波型器7的兩個輸入口的寬度設(shè)定為只允許基片集成波導(dǎo)的主模TE1Q傳播；基片集成波導(dǎo)波型器7的不連續(xù)性結(jié)構(gòu)使得主波導(dǎo)中出現(xiàn)高次模；基片集成波導(dǎo)波型器7的輸出口 、主波導(dǎo)8的寬度設(shè)定為允許基片集成波導(dǎo)的前三個模式TE1Q、TE2。、TE3。傳播。[0023] 在中心頻率約15.5GHz處設(shè)計(jì)了多?；刹▽?dǎo)單脈沖天線，介質(zhì)基片選用Rogers Duroid 5880，其介質(zhì)常數(shù)為2. 2，厚度1. 5748mm。從13GHz-18GHz，第一輸入端口 101和第二輸入端口 102之間的隔離度優(yōu)于15dB，第一輸入端口 101的反射系數(shù)低于-11.5dB，第二輸入端口 102的反射系數(shù)低于-12dB。在中心頻點(diǎn)15.5GHz處，第一輸入端口 101和第二輸入端口 102之間的隔離度為18. 7dB，第一輸入端口 101和第二輸入端口102的反射系數(shù)均低于-17. 2dB ;從第一輸入端口 101饋電，得到差波束，零深為_44dB ;從第二輸入端口 102饋電，得到和波束，增益為9.9dBi，比差波束大2. 15dB，半功率波瓣寬度為28度；其具有很好的交叉極化電平。
權(quán)利要求一種多模單脈沖天線，其特征在于上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)分別位于介質(zhì)基片(3)的正反兩側(cè)，金屬化通孔(4)穿過介質(zhì)基片(3)與上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)相連接形成依次排列的基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器(5)、基片集成波導(dǎo)90度移相器(6)、基片集成波導(dǎo)波型器(7)、主波導(dǎo)(8)，即前一個部件的輸出端接后一個部件的輸入端；基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器(5)的第一個輸入口與多?；刹▽?dǎo)單脈沖天線的第一輸入端口(101)相連，基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器(5)的第二個輸入口與多模基片集成波導(dǎo)單脈沖天線的第二輸入端口(102)相連；主波導(dǎo)(8)的輸出端接喇叭天線(9)的輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多模單脈沖天線，其特征為所述的喇叭天線(9)的下側(cè) 為延長的介質(zhì)基片(31)，上側(cè)為斜坡銅片(93)，兩側(cè)為第一側(cè)面銅片(91)、第二側(cè)面銅片 (92)，第一側(cè)面銅片(91)、第二側(cè)面銅片(92)與延長的介質(zhì)基片(31)的下層金屬敷銅面 (2)相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模單脈沖天線，其特征為基片集成波導(dǎo)90度移相器(6) 通過調(diào)節(jié)金屬化通孔(4)的位置，形成具有不同寬度的基片集成波導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)所需的90度相移量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模單脈沖天線，其特征為基片集成波導(dǎo)波型器(7)具有 兩個輸入口、一個輸出口 ；基片集成波導(dǎo)波型器(7)兩個輸入口的寬度均設(shè)定為僅允許基 片集成波導(dǎo)的主模傳輸；基片集成波導(dǎo)波型器(7)輸出口的寬度設(shè)定為允許基片集成波導(dǎo) 的前三個模式傳輸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多模單脈沖天線，其特征為延長的介質(zhì)基片(31)只有下層 金屬敷銅面(2)，而無上層金屬敷銅面(l)，也無金屬化通孔(4)。
專利摘要多模單脈沖天線可直接應(yīng)用于微波毫米波跟蹤、探測、通訊、測量、天文觀察等系統(tǒng)，也可作為拋物反射面天線、卡塞格倫天線的饋源，該天線的上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)分別位于介質(zhì)基片(3)的正反兩側(cè)，金屬化通孔(4)穿過介質(zhì)基片(3)與上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)相連接形成依次排列的基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器(5)、基片集成波導(dǎo)90度移相器(6)、基片集成波導(dǎo)波型器(7)、主波導(dǎo)(8)，即前一個部件的輸出端接后一個部件的輸入端；基片集成波導(dǎo)3dB定向耦合器(5)分別與第一輸入端口(101)、第二輸入端口(102)相連，主波導(dǎo)(8)的輸出端接喇叭天線(9)的輸入端。
文檔編號H01Q3/30GK201498599SQ20092023580
公開日2010年6月2日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者洪偉, 程鈺間 申請人:東南大學(xué)