一種可重構(gòu)的單脈沖天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天線技術(shù)，尤其涉及一種可重構(gòu)的單脈沖天線。
【背景技術(shù)】
[0002]為了精確獲得目標(biāo)的角度和速度，單脈沖雷達(dá)發(fā)揮了重要作用。單脈沖天線作為單脈沖雷達(dá)最重要的一部分，始終是人們研究的重點(diǎn)。單脈沖天線的實(shí)現(xiàn)原理比較簡單，即通過變換不同象限中輻射單元的相位，就可以實(shí)現(xiàn)和波束、方位差波束及俯仰差波束。早期的單脈沖天線主要利用卡塞格侖天線實(shí)現(xiàn)，使用多模喇叭或其他多模技術(shù)獲得單脈沖天線的和、差信號(hào)，但是其具有體積大，不利于天線移動(dòng)等缺點(diǎn)。在隨后的發(fā)展中，微帶天線由于具有體積小，重量輕，成本低等優(yōu)點(diǎn)，使得國內(nèi)外出現(xiàn)了許多微帶形式的那個(gè)天線。但是基于微帶形式的單脈沖天線總是需要復(fù)雜的和差網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)單脈沖天線。
[0003]由于現(xiàn)代單層PCB工藝十分成熟，在不是十分高的頻段內(nèi)，加工精度也十分有保證，同時(shí)加工的產(chǎn)品可以擁有低輪廓、小體積、高集成度的特性，有利于天線的大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。因此，使用單層PCB工藝的單脈沖天線在低輪廓、高集成度以及降低成本上都有很現(xiàn)實(shí)的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種可重構(gòu)的單脈沖天線，該單脈沖天線是一種高精密的跟蹤定位天線，僅需要四個(gè)天線單元(或子陣列)、四個(gè)開關(guān)和一個(gè)簡單的功率分配器結(jié)構(gòu)就可以構(gòu)成，與傳統(tǒng)單脈沖天線相比，具有尺寸小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，易于集成等優(yōu)點(diǎn)。它可以在一個(gè)脈沖周期內(nèi)獲取目標(biāo)的全部方向信息及距離信息。因此能快速測(cè)得目標(biāo)角度信息，定位精確且抗干擾能力強(qiáng)，可用于航空和導(dǎo)彈防御系統(tǒng)等毫米波雷達(dá)技術(shù)中，它具有軸比小、一致性、結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種可重構(gòu)的單脈沖天線，包括四個(gè)縱橫方向二維陣列排布的天線單元，四個(gè)與天線單元一一對(duì)應(yīng)的開關(guān)，一個(gè)一分四的等幅度等相位功率分配器；所述每個(gè)天線單元包括兩個(gè)饋電端口，各天線單元兩端的饋電端口分別通過有限接地共面波導(dǎo)傳輸線與開關(guān)相連，通過開關(guān)控制使天線單元兩端只有一個(gè)端口處于工作狀態(tài)；所述一分四的等幅度等相位功率分配器由一個(gè)第一等相位等幅度功率分配器并聯(lián)兩個(gè)第二等相位等幅度功率分配器構(gòu)成，且一分四的等幅度等相位功率分配器的四個(gè)分支分別與開關(guān)相連，通過開關(guān)控制，可分別饋電于四個(gè)天線單元的兩個(gè)端口的其中一個(gè)端口。改變開關(guān)的狀態(tài)，即改變天線單元的輸入端口，從而改變天線單元的相位，可形成三種不同的天線方向圖:和波束、方位差波束和俯仰差波束，從而可實(shí)現(xiàn)單脈沖定位。
[0006]進(jìn)一步的，所述天線單元包括介質(zhì)基片、上金屬層、下金屬層和若干個(gè)陣列式排布成諧振腔的金屬通孔；所述介質(zhì)基片設(shè)置在上金屬層和下金屬層之間；所述金屬通孔貫穿介質(zhì)基片、上金屬層和下金屬層，且金屬通孔的上、下兩端分別連接上金屬層和下金屬層。
[0007]進(jìn)一步的，所述諧振腔的輪廓為方形或長方形。
[0008]進(jìn)一步的，所述天線單元的工作模式為諧振腔的高次簡并模式TE120和TE210模式。
[0009]進(jìn)一步的，所述上金屬層上諧振腔的四周蝕刻有四條縫隙作為輻射縫隙，所述輻射縫隙作為天線單元的輻射結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步的，所述天線單元的兩個(gè)饋電端口設(shè)置在下金屬層上，所述饋電端口蝕刻出縫隙作為有限接地共面波導(dǎo)傳輸線，所述有限接地共面波導(dǎo)傳輸線作為天線單元的饋電結(jié)構(gòu)。
[0011]進(jìn)一步的，所述天線單元上的兩個(gè)饋電端口相位相差180度。
[0012]進(jìn)一步的，所述第一等相位等幅度功率分配器和第二等相位等幅度功率分配器均為傳統(tǒng)的威爾金森功率分配器。
[0013]有益效果:本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0014]1、整個(gè)天線單元(或子陣列)主要有金屬層和金屬化通孔組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)可以用傳統(tǒng)的PCB或LTCC工藝來實(shí)現(xiàn)；
[0015]2、該天線能通過四個(gè)一分二開關(guān)和三個(gè)的威爾金森功率分配器改變天線單元(或子陣列)的信號(hào)輸入端口，從而實(shí)現(xiàn)和波束、方位差波束和俯仰差波束，即形成單脈沖天線。
[0016]3、該天線具有三種不同的方向圖:和波束、俯仰差波束和方位差波束，且差波束方向圖的零深較大，很好的滿足了單脈沖定位功能，同時(shí)滿足較好的圓極化特性，較好的駐波特性，且輪廓低、體積小、實(shí)現(xiàn)簡單，易于集成。
[0017]4、本發(fā)明中，基于方形的基片集成波導(dǎo)背腔圓極化天天線單元(或子陣列)分別從四個(gè)角方向進(jìn)行饋電時(shí)，相位依次相差90度，因此通過對(duì)角端口饋電時(shí)輻射場(chǎng)相位相差180度。通過開關(guān)控制天線單元(或子陣列)的信號(hào)輸入端口:當(dāng)四個(gè)天線都從相同相位輸入時(shí)，將實(shí)現(xiàn)和波束；當(dāng)四個(gè)天線單元(或子陣列)中橫向的上下兩對(duì)天線單元(或子陣列)從相同相位的端口輸入，縱向的左右兩對(duì)天線單元(或子陣列)從相反相位輸入，則實(shí)現(xiàn)俯仰差波束；反之，當(dāng)四個(gè)天線單元(或子陣列)中橫向的上下兩對(duì)天線單元(或子陣列)從相反相位的端口輸入，縱向的兩對(duì)天線單元(或子陣列)從相同相位輸入，則實(shí)現(xiàn)方位差波束。
【附圖說明】
[0018]圖1為一種單脈沖天線中天線單元(或子陣列)的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為天線單元(或子陣列)的后視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為2X2單脈沖天線陣列的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為圖3所示單脈沖天線陣列的后視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5為金屬化通孔的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6為天線仿真和測(cè)試的單脈沖天線和波束的回波損耗I S111 ;
[0024]圖7為天線仿真和測(cè)試的單脈沖天線俯仰差波束的回波損耗I S111 ;
[0025]圖8為天線仿真和測(cè)試的單脈沖天線方位差波束的回波損耗IS111 ;
[0026]圖9為實(shí)測(cè)天線在頻率5.88GHz時(shí)和波束增益方向圖；
[0027]圖10為實(shí)測(cè)天線在頻率5.88GHz時(shí)俯仰差波束增益方向圖；
[0028]圖11為實(shí)測(cè)天線在頻率5.88GHz時(shí)方位差波束增益方向圖；
[0029]圖12為在法向方向上，實(shí)測(cè)天線在和波束時(shí)隨頻率變化下的軸比變化關(guān)系和增益變化關(guān)系圖；
[0030]圖13為在法向方向上，實(shí)測(cè)天線在俯仰差波束隨頻率變化下的軸比變化關(guān)系和增益變化關(guān)系圖；
[0031]圖14為在法向方向上，實(shí)測(cè)天線在方位差波束隨頻率變化下的軸比變化關(guān)系和增益變化關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0033]如圖1、2所示為一種小型的單脈沖天線的天線單元(或子陣列)，該天線單元(或子陣列)的工作模式為方形諧振腔4的高次簡并模式；天線單元(或子陣列)包括介質(zhì)基片1、上金屬層21、下金屬層22和金屬通孔，所述金屬通孔貫穿介質(zhì)基片1、上下兩端分別連接上金屬層21和下金屬層22。天線具有對(duì)角上的兩個(gè)輸入端口，兩個(gè)輸入端口相位相差180 度。
[0034]具體的，在上金屬層21上、諧振腔4的四周蝕刻出四條縫隙作為輻射縫隙2，所述輻射縫隙2作為天線單元(或子陣列)的輻射結(jié)構(gòu)。在下金屬層22上蝕刻出縫隙作為有限接地共面波導(dǎo)傳輸線3，所述有限接地共面波導(dǎo)傳輸線3作為天線單元(或子陣列)的饋電結(jié)構(gòu)；