大型k波段共形天線陣面及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)的一種大型K波段共形天線陣面，旨在提供一種不會(huì)產(chǎn)生頻偏和較大反旋分量，具有良好寬帶寬角掃描增益特性和寬帶寬角掃描圓極化特性的共形相控陣天線陣面。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：導(dǎo)體貼片以象限順序旋轉(zhuǎn)陣的形式，分成四組排布在下介質(zhì)基板的上表面上，且微帶貼片天線的饋電點(diǎn)在平面板上的投影呈三角形排布；上介質(zhì)基板與下介質(zhì)基板將導(dǎo)體貼片夾于其間，射頻同軸連接器順次穿越平面板、金屬錐體和下介質(zhì)基板，共同構(gòu)成了微帶貼片天線，射頻同軸連接器對(duì)微帶貼片天線進(jìn)行同軸探針饋電，在導(dǎo)體貼片上激勵(lì)起一對(duì)幅度相等，相位相差90度的正交極化簡(jiǎn)并模，形成輻射右旋圓極化電磁波的共形相控陣天線陣面。
【專利說(shuō)明】
大型K波段共形天線陣面及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種口徑大于或等于16個(gè)工作波長(zhǎng)的大型K波段共形天線陣面及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型面天線具有高增益、低噪聲輻射、高可靠性及較強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸能力，因此在現(xiàn)代衛(wèi)星通訊系統(tǒng)、空間科學(xué)等領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代無(wú)線通信的飛速發(fā)展，對(duì)于天線性能的要求也越來(lái)越高。無(wú)論是在軍事國(guó)防還是民用通信領(lǐng)域，對(duì)于天線的阻抗帶寬、方向圖、極化、增益特性及天線系統(tǒng)的可靠性都提出了更加嚴(yán)格的要求。采用不同形式的陣列天線則較容易獲得這些特性。
[0003]由于傳統(tǒng)的固定波束機(jī)械掃描陣列天線，在天線波束指向轉(zhuǎn)換時(shí)具有慣性，由此對(duì)天線系統(tǒng)的能力造成了限制。因此機(jī)掃天線已經(jīng)不大符合當(dāng)今一些先進(jìn)平臺(tái)無(wú)線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。相控陣天線的技術(shù)特點(diǎn)能解決這些問(wèn)題。在天線的設(shè)計(jì)中，相控陣天線由多個(gè)輻射單元共同組陣構(gòu)成。每個(gè)天線單元的饋電電流幅度和相位由T/R組件控制。共形陣因其可以在不破壞載體的外形結(jié)構(gòu)及空氣動(dòng)力學(xué)特性的同時(shí)，仍能滿足天線的工作性能，成為天線領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。共形陣列的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在，擴(kuò)大波束掃描范圍，具有低剖面特性，不影響載體的空氣動(dòng)力學(xué)性能。共形天線優(yōu)于普通平面天線的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，它不會(huì)增加飛機(jī)的雷達(dá)反射截面積。鑒于這些優(yōu)勢(shì)，相控陣天線已經(jīng)由最早的平面相控陣天線逐漸向共形相控陣天線過(guò)渡，而共形相控陣天線又向著輕、薄、低可探測(cè)性的方向發(fā)展。一個(gè)先進(jìn)的載體平臺(tái)對(duì)天線的要求主要有:盡可能與載體外形一致，盡可能實(shí)現(xiàn)低輪廓，不破壞載體平臺(tái)原有的氣動(dòng)特性并獲得較好的電氣性能指標(biāo);盡最大可能減輕重量，以降低載體平臺(tái)的重量。從嚴(yán)格意義上來(lái)講，現(xiàn)在廣泛使用的平面陣列天線也是一種特殊的共形陣列，我們通常所指的共形陣列大都是一些簡(jiǎn)單的形狀，如圓柱形，圓錐形等，隨著共形陣列天線以及搭載平臺(tái)的發(fā)展和不斷變化，共形陣列已經(jīng)不僅僅局限于簡(jiǎn)單的形狀，而是向著更復(fù)雜的彎曲表面拓展，其輻射單元安裝在復(fù)雜的物體表面或集成物體之中，由成千上萬(wàn)個(gè)分布在彎曲表面的單獨(dú)的天線單元組成。錐面圓環(huán)微帶天線陣、錐面圓形微帶天線陣和錐面矩形微帶天線陣是常見(jiàn)的錐面共形微帶陣列。
[0004]飛行器的工作環(huán)境要求圓錐共形陣既能提供優(yōu)良的天線電氣性能，又不影響飛行器的氣動(dòng)性能，并且能在惡劣的環(huán)境下可靠的工作。所謂共形天線，是指附著于載體，完全與載體貼合的天線，這里的載體可以是飛機(jī)、輪船、以及其它一些高速運(yùn)動(dòng)的物體。即需要將陣列天線共形安裝在一個(gè)固定形狀的表面上，從而形成非平面的共形天線。適用于共形相控陣天線的單元形式一般有微帶天線和縫隙天線。比較兩種天線的特性不難發(fā)現(xiàn)，縫隙天線在用同軸饋電時(shí)存在困難，必須采用相應(yīng)的匹配措施。微帶天線近年來(lái)愈來(lái)愈受到人們的重視，因?yàn)樗哂泻芏嗵炀€所沒(méi)有的特點(diǎn):便于獲得圓極化，容易實(shí)現(xiàn)雙頻段和雙極化，尺寸小、重量輕、價(jià)格低，尤其是它有很小的剖面高度，易附著于任何金屬物體表面，最適于某些高速運(yùn)轉(zhuǎn)的物體，如飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈等。微帶天線的缺點(diǎn)是工作頻帶很窄，具有明顯的諧振特性，當(dāng)工作頻率偏離諧振點(diǎn)后，其輸入阻抗急劇減小，在饋電點(diǎn)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射，使天線不能正常工作。一直以來(lái)，微帶天線的理論雖已日漸成熟，也有一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)公式可以參考，但始終都沒(méi)有一套準(zhǔn)確有效的設(shè)計(jì)方法，只能依靠全波仿真軟件，如HFSS，來(lái)達(dá)到最佳設(shè)計(jì)效果。
[0005]盡管微帶共形天線有如此多的優(yōu)良特性，但由于其形狀的復(fù)雜，人們對(duì)微帶共形天線的研究還是集中在微帶天線陣上面。共形陣列的綜合問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題，考慮到陣列綜合中眾多因素的影響，對(duì)該問(wèn)題很難有一個(gè)嚴(yán)格而精確的解決方法。傳統(tǒng)的共形天線大都是圓柱型的共形天線，這方面的技術(shù)已經(jīng)基本成熟。對(duì)于其它形狀的載體，天線單元位于曲面上的位置不同，其輻射方向圖不同，并且位置不同，單元之間的耦合也造成單元的方向圖不同。即使各個(gè)單元的方向圖完全一致，但是由于天線陣中各單元的軸向不一致，破壞了方向圖乘積定理的條件。共形陣中的各個(gè)單元的方向圖的不一致性造成了較大的交叉極化分量。同時(shí)，在某些天線的應(yīng)用場(chǎng)合，需要相控陣天線進(jìn)行寬帶寬角圓極化掃描，即當(dāng)天線掃描到大角度時(shí)需能獲得較高的增益特性和極化特性?，F(xiàn)有技術(shù)通常采用圓極化天線單元作為相控陣天線陣列單元，陣列排布往往采用一些規(guī)則的形式，例如矩形排布，然后通過(guò)子陣順序旋轉(zhuǎn)的方式來(lái)達(dá)到寬帶寬角掃描，這樣的設(shè)計(jì)使得相控陣天線在陣面的對(duì)角線剖面上，當(dāng)掃描角度較大時(shí)，相控陣天線會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的反旋分量。
[0006]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710144432.X，名稱為“一種毫米波段圓錐共形4x4微帶天線及其設(shè)計(jì)方法”的發(fā)明專利涉及了一種天線及設(shè)計(jì)方法。該天線波束不能進(jìn)行掃描且為線極化，其設(shè)計(jì)方法是將平面陣列拉伸到錐面層上，利用相交功能取出兩者的交集將平面陣共形到錐面上，其方法適用于較小規(guī)模的陣列。若將其應(yīng)用于大型相控陣天線，隨著天線規(guī)模的增大，此方法得到的貼片單元大小存在一定差異，部分貼片可能產(chǎn)生頻偏。對(duì)天線陣面的整體性能產(chǎn)生一定的影響。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710144626.X，名稱為“一種毫米波段4x4圓錐共形雙頻微帶天線及其設(shè)計(jì)方法”的發(fā)明專利申請(qǐng)涉及了一種天線及設(shè)計(jì)方法。其設(shè)計(jì)方法與上面專利的設(shè)計(jì)方法存在同樣的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述技術(shù)的不足之處，提供一種不會(huì)產(chǎn)生頻偏和較大反旋分量，具有良好寬帶寬角掃描增益特性和寬帶寬角掃描圓極化特性，易于飛行器氣動(dòng)電性能一體化設(shè)計(jì)和工程化實(shí)現(xiàn)的一種大型K波段共形相控陣天線陣面及其制備方法。
[0008]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明提供的一種大型K波段共形天線陣面，包括:作為金屬地板的金屬錐體4，與錐體母線2平行的平面板3、設(shè)置在導(dǎo)體貼片6天線下介質(zhì)基板I上的上介質(zhì)基板7、對(duì)導(dǎo)體貼片6進(jìn)行同軸探針饋電的射頻同軸連接器5，其特征在于，導(dǎo)體貼片6以象限順序旋轉(zhuǎn)陣的形式，分成四組排布在下介質(zhì)基板I的上表面上，且導(dǎo)體貼片6的饋電點(diǎn)在平面板3上的投影呈三角形排布;射頻同軸連接器5外導(dǎo)體連接金屬錐體4，射頻同軸連接器5內(nèi)導(dǎo)體以焊接的方式連接導(dǎo)體貼片6，上介質(zhì)基板7層疊于下介質(zhì)基板I之上，上介質(zhì)基板7與下介質(zhì)基板I將導(dǎo)體貼片6夾于其間，下介質(zhì)基板I的背面粘接于金屬錐體4的錐面上，其中，射頻同軸連接器5順次穿越平面板3、金屬錐體4和下介質(zhì)基板1，通過(guò)下介質(zhì)基板I上用光刻腐蝕方法制成的多邊形形狀的導(dǎo)體貼片6的層疊結(jié)構(gòu)，共同構(gòu)成了微帶貼片天線，射頻同軸連接器5對(duì)微帶貼片天線進(jìn)行探針饋電，在導(dǎo)體貼片6上激勵(lì)起一對(duì)幅度相等，相位相差90度的正交極化簡(jiǎn)并模，形成輻射右旋圓極化電磁波的共形相控陣天線陣面。
[0009]—種制備所述大型K波段共形天線陣面的方法，其特征在于包括如下步驟:首先建立載體平臺(tái)錐面的方程，通過(guò)編寫(xiě)Matlab程序，將平面板3上三角形排布的饋電點(diǎn)投影到載體平臺(tái)的錐面上，得到錐面上饋電點(diǎn)的坐標(biāo)位置;再將錐面展開(kāi)成平面，利用錐面與展開(kāi)平面的映射關(guān)系，得到展開(kāi)平面上的饋電點(diǎn)位置;再將四組導(dǎo)體貼片6，分別按0°、90°、180°、270°四種角度繞各自饋電點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后按每個(gè)象限一種旋向，以導(dǎo)體貼片6上的饋電點(diǎn)為基準(zhǔn)，將旋轉(zhuǎn)后的導(dǎo)體貼片6平移到展開(kāi)平面上的饋電點(diǎn)位置上，采用象限順序旋轉(zhuǎn)陣的形式來(lái)構(gòu)建圓極化天線陣面。若以第一象限導(dǎo)體貼片為基準(zhǔn)，第二象限導(dǎo)體貼片、第三象限導(dǎo)體貼片及第四象限導(dǎo)體貼片分別繞著各自的饋電點(diǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°、180°和270°，按照上述導(dǎo)體貼片旋轉(zhuǎn)方式可以得到輻射右旋圓極化電磁波的平面天線陣面。將得到的平面天線陣面共形貼附到金屬錐體4上，得到共形天線陣面。
[0010]所述的介質(zhì)基板均為介電常數(shù)為2.2的材料，如Taconic公司的TLY-5材料。
[0011 ]所述金屬錐體的材料為鋁合金。
[0012]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
(I)本發(fā)明將1024個(gè)導(dǎo)體貼片6分成四組，四組導(dǎo)體貼片以象限順序旋轉(zhuǎn)陣的形式排布在下介質(zhì)基板I的上表面上，下介質(zhì)基板I的背面與金屬錐體4的表面粘接，四組導(dǎo)體貼片分別繞著自身的饋電點(diǎn)旋轉(zhuǎn)了一定的角度，同時(shí)在其對(duì)應(yīng)的四組饋電端口處進(jìn)行了相應(yīng)角度的相位補(bǔ)償，采用象限順序旋轉(zhuǎn)陣的形式來(lái)構(gòu)建圓極化天線陣面，可以獲得較好的寬帶寬角軸比特性，使整個(gè)圓極化天線陣面在整個(gè)掃描范圍內(nèi)軸比特性較好，同時(shí)，由于軸比的降低，其增益也得到了相應(yīng)的提升。并且不會(huì)出現(xiàn)較大的反旋分量。
[0013](2)本發(fā)明中1024個(gè)導(dǎo)體貼片6的饋電點(diǎn)在平面板3上的投影呈三角形排布，這種規(guī)律的正三角形分布有利于后面收發(fā)組件的工程化實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)體貼片6上產(chǎn)生2個(gè)正交的簡(jiǎn)并模分量，兩者幅度相等，相位相差90度，輻射圓極化電磁波，有利于天線陣面反旋分量的抑制。
[0014](3)本發(fā)明中射頻同軸連接器5外導(dǎo)體連接金屬錐體4，射頻同軸連接器5內(nèi)導(dǎo)體以焊接的方式連接導(dǎo)體貼片6，射頻同軸連接器5對(duì)微帶貼片天線進(jìn)行探針饋電，通過(guò)建立錐面與展開(kāi)平面的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了 1024個(gè)饋電點(diǎn)與射頻同軸連接器探針之間的精準(zhǔn)定位。由于導(dǎo)體貼片6距離金屬錐體4之間有一定的高度，可以有效地展寬微帶貼片天線的頻帶。
[0015](4)介質(zhì)基板材料采用與金屬基熱匹配特性較好、且易于彎曲的材料，如Taconic公司的TLY-5材料，采用這種材料，使得介質(zhì)基板與金屬椎體之間的粘接或焊接可靠性更尚O
[0016](5)本發(fā)明根據(jù)象限順序旋轉(zhuǎn)陣各饋電端口相位滯后方向，通過(guò)相位補(bǔ)償，得到輻射右旋圓極化電磁波的共形相控陣天線陣面。由于設(shè)計(jì)時(shí)利用了曲面與平面的映射關(guān)系，因此陣列中的微帶貼片天線的導(dǎo)體貼片尺寸一致性好，不會(huì)產(chǎn)生頻偏。
[0017]本發(fā)明將平面板上三角形排布的饋電點(diǎn)投影到載體平臺(tái)的錐面上，得到錐面上饋電點(diǎn)的坐標(biāo)位置，然后將錐面展開(kāi)成平面，利用錐面與其展開(kāi)平面的映射關(guān)系，得到展開(kāi)平面上的饋電點(diǎn)坐標(biāo)位置，將四個(gè)不同旋向的導(dǎo)體貼片，按每個(gè)象限一種旋向，以饋電點(diǎn)為基準(zhǔn)，將導(dǎo)體貼片分布于此展開(kāi)平面的饋電點(diǎn)位置上，然后將此平面陣面共形貼附到錐面上。避免了在載體平臺(tái)的曲面上蝕刻單元，同時(shí)各個(gè)微帶貼片天線的饋電點(diǎn)在平面上的投影呈正三角分布，有利于反旋分量的抑制及后面收發(fā)組件的工程化實(shí)現(xiàn)，且所有單元不會(huì)產(chǎn)生頻偏。
[0018]本發(fā)明在建模仿真時(shí)，采用單點(diǎn)同軸饋電，利用簡(jiǎn)并模分離元產(chǎn)生兩個(gè)正交極化的相位相差90度的簡(jiǎn)并模工作的矩形導(dǎo)體貼片。通過(guò)HFSS中的Wrap Sheet功能可以將平面貼附到錐面上。經(jīng)實(shí)測(cè)天線陣面在典型頻點(diǎn)法線方向及60度掃描方向上的增益分別達(dá)到了33.8dBi和30.5dBi，并具有良好的寬角圓極化性能。通過(guò)仿真優(yōu)化，獲得了 8.0 %的圓極化軸比帶寬(AR3dB)，和8.0%的阻抗帶寬(VSWR1.6)。對(duì)16個(gè)工作波長(zhǎng)口徑大小的共形陣面進(jìn)行電性能仿真及實(shí)物加工測(cè)試，證明了該方法的準(zhǔn)確性及有效性。
【附圖說(shuō)明】
[0019]下面結(jié)合附圖實(shí)施方法對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]圖1是本發(fā)明大型K波段共形天線陣面主視圖。
[0021]圖2是圖1的俯視圖。
[0022]圖3是圖1中的微帶貼片天線單元示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明共形天線陣面的典型頻點(diǎn)典型剖面的波束掃描增益方向圖。
[0024]圖5是本發(fā)明共形天線陣面的典型頻點(diǎn)典型剖面的波束掃描軸比性能。
[0025]圖6是本發(fā)明共形天線陣面的典型微帶貼片天線的駐波比性能。
[0026]圖中:I下介質(zhì)基板，2錐體母線，3平面板，4金屬錐體，5射頻同軸轉(zhuǎn)接器，6導(dǎo)體貼片，7上介質(zhì)基板。
【具體實(shí)施方式】
[0027]參閱圖1、圖2、圖3。在以下描述的實(shí)施實(shí)例中，大型K波段共形天線陣面主要包括:一塊低損耗、低介電常數(shù)的下介質(zhì)基板I，一塊層疊在下介質(zhì)基板I上具有物理保護(hù)作用及優(yōu)良的透波特性的上介質(zhì)基板7，對(duì)導(dǎo)體貼片6進(jìn)行同軸探針饋電的射頻同軸連接器5、作為金屬地板的金屬錐體4及與錐體母線2平行的平面板3。導(dǎo)體貼片6和射頻同軸連接器5布局在下介質(zhì)基板I上。導(dǎo)體貼片6分成四組，四組導(dǎo)體貼片6以象限順序旋轉(zhuǎn)陣的形式排布在下介質(zhì)基板I的上表面上，導(dǎo)體貼片6的饋電點(diǎn)在平面板3上的投影呈正三角形排布;上介質(zhì)基板7層疊于下介質(zhì)基板I之上，上介質(zhì)基板7與下介質(zhì)基板I將導(dǎo)體貼片夾于其間，下介質(zhì)基板I的背面粘接于金屬錐體4的錐面上，射頻同軸連接器5外導(dǎo)體連接金屬錐體4，射頻同軸連接器5內(nèi)導(dǎo)體以焊接的方式連接導(dǎo)體貼片6，其中，下介質(zhì)基板1、作為接地板的金屬錐體
4、在下介質(zhì)基板I上用光刻腐蝕方法制成一定形狀的導(dǎo)體貼片6，對(duì)導(dǎo)體貼片6進(jìn)行同軸探針饋電的射頻同軸連接器5共同構(gòu)成了微帶貼片天線，射頻同軸連接器5對(duì)微帶貼片天線進(jìn)行探針饋電；通過(guò)射頻同軸連接器5對(duì)導(dǎo)體貼片6進(jìn)行同軸探針饋電，選擇合適的饋電點(diǎn)和貼片尺寸，在導(dǎo)體貼片6上激勵(lì)起一對(duì)幅度相等，相位相差90度的正交極化簡(jiǎn)并模，形成圓極化微帶貼片天線。由于圓極化微帶貼片天線軸比帶寬有限，利用象限順序旋轉(zhuǎn)法排陣，展寬天線陣面的圓極化軸比帶寬。根據(jù)象限旋轉(zhuǎn)陣各饋電端口相位滯后方向進(jìn)行相位補(bǔ)償，得到輻射右旋圓極化電磁波的共形相控陣天線陣面。
[0028]上介質(zhì)基板7與下介質(zhì)基板I大小相同，覆蓋于導(dǎo)體貼片6上。射頻同軸轉(zhuǎn)接器5可以是1024個(gè)超小型推入式射頻同軸轉(zhuǎn)接器。導(dǎo)體貼片6可以是1024個(gè)矩形導(dǎo)體貼片。位于下介質(zhì)基板I下方的金屬錐體4為1024個(gè)微帶貼片天線的金屬地。導(dǎo)體貼片的形式可以為矩形貼片，圓形貼片或其它形狀的貼片。射頻同軸連接器5外芯連接金屬錐體4，射頻同軸連接器5內(nèi)芯以焊接方式，連接位于下介質(zhì)基板I上的導(dǎo)體貼片6，導(dǎo)體貼片6的饋電點(diǎn)在平面板3上的投影呈正三角形排布，導(dǎo)體貼片6可以分成四組，每組256個(gè)，1024個(gè)導(dǎo)體貼片6以四元象限順序旋轉(zhuǎn)陣形式分布在下介質(zhì)基板I的上表面上。四組貼片繞各自饋電點(diǎn)依次順序旋轉(zhuǎn)90°。射頻同軸連接器5對(duì)微帶貼片天線進(jìn)行探針饋電并根據(jù)導(dǎo)體貼片6旋轉(zhuǎn)一定角度后所產(chǎn)生的相位滯后方向進(jìn)行相位補(bǔ)償。以金屬錐體4、射頻同軸連接器5、下介質(zhì)基板I及導(dǎo)體貼片6構(gòu)成的微帶貼片天線為圓極化微帶貼片天線，其極化方向與順序旋轉(zhuǎn)陣的極化方向一致。錐體母線2可以通過(guò)天線陣面的中心點(diǎn)，平面板3可以與過(guò)錐體母線2的圓錐體相切面平行，以利于陣面的對(duì)稱性設(shè)計(jì)。
[0029]上介質(zhì)基板7層疊于下介質(zhì)基板I之上，上介質(zhì)基板7與下介質(zhì)基板I將導(dǎo)體貼片6夾于其間。上介質(zhì)基板7的材料可以和下介質(zhì)基板I材料相同，也可以是其它的透波材料。為便于共形，所選介質(zhì)材料硬度不應(yīng)太高，可以使用Taconic公司的TLY-5材料。下介質(zhì)基板I可以是一層或多層。下介質(zhì)基板I與上介質(zhì)基板7可以采用高溫層壓工藝或者半固化片層壓工藝壓接在一起。下介質(zhì)基板I與上介質(zhì)基板7形成的多層板與金屬錐體4之間可以通過(guò)半固化片或焊錫結(jié)合在一起。本實(shí)施方式的制備方法是:首先建立載體平臺(tái)錐面的方程，通過(guò)編寫(xiě)Matlab程序，將平面板3上正三角形排布的饋電點(diǎn)投影到載體平臺(tái)的錐面上，得到錐面上饋電點(diǎn)的坐標(biāo)位置;再將錐面展開(kāi)成平面，利用錐面與展開(kāi)平面的映射關(guān)系，得到展開(kāi)平面上的饋電點(diǎn)位置;然后將四組導(dǎo)體貼片6，分別按0°、90°、180°、270°四種角度繞各自饋電點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，按每個(gè)象限一種旋向，以導(dǎo)體貼片6上的饋電點(diǎn)為基準(zhǔn)，將旋轉(zhuǎn)后的導(dǎo)體貼片6平移到展開(kāi)平面上的饋電點(diǎn)位置上，形成象限順序旋轉(zhuǎn)陣。若以第一象限導(dǎo)體貼片為基準(zhǔn)，第二象限導(dǎo)體貼片、第三象限導(dǎo)體貼片及第四象限導(dǎo)體貼片分別繞著各自的饋電點(diǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°、180°和270°，按照上述微帶貼片天線導(dǎo)體貼片旋轉(zhuǎn)方式可以得到輻射右旋圓極化電磁波的平面天線陣面。采用印制電路板工藝將上介質(zhì)基板7、下介質(zhì)基板I及導(dǎo)體貼片6加工成平面多層板，然后可以采用層壓或焊接的方式將平面多層板共形粘附到金屬錐體4上。將射頻同軸轉(zhuǎn)接器5以螺裝或燒結(jié)的形式密集安裝在金屬錐體4上，最后將射頻同軸連接器5的內(nèi)芯通過(guò)上介質(zhì)基板7上預(yù)留的焊接用孔與導(dǎo)體貼片6焊接，得到共形天線陣面。
[0030]金屬錐體的材料為鋁合金，也可以為鎂鋁合金等材料。
[0031]微帶貼片天線采用單饋電點(diǎn)的矩形貼片對(duì)角線饋電實(shí)現(xiàn)圓極化特性。同時(shí)，通過(guò)調(diào)整下介質(zhì)基板I的厚度(約0.05個(gè)自由空間波長(zhǎng))和相對(duì)介電常數(shù)(相對(duì)介電常數(shù)2.2)，可以實(shí)現(xiàn)微帶貼片天線工作帶寬的展寬。利用HFSS軟件，獲得天線單元的最終結(jié)構(gòu)尺寸。圓極化方式采用單饋電點(diǎn)，通過(guò)選擇合適的饋電點(diǎn)和貼片尺寸，在導(dǎo)體貼片上激勵(lì)起一對(duì)幅度相等，相位相差90度的正交極化簡(jiǎn)并模，形成圓極化微帶貼片天線。共形天線陣面極化方式為圓極化，圓極化帶寬為8.0%,增益>30.5dBi，駐波〈1.6。
本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大型K波段共形天線陣面，包括:作為金屬地板的金屬錐體(4)，與錐體母線(2)平行的平面板(3)、設(shè)置在微帶貼片天線下介質(zhì)基板(I)上的上介質(zhì)基板(7)、對(duì)導(dǎo)體貼片(6)進(jìn)行同軸探針饋電的射頻同軸連接器(5)，其特征在于，導(dǎo)體貼片(6)以象限順序旋轉(zhuǎn)陣的形式，分成四組排布在下介質(zhì)基板(I)的上表面上，且導(dǎo)體貼片(6)的饋電點(diǎn)在平面板(3)上的投影呈三角形排布;射頻同軸連接器(5)外導(dǎo)體連接金屬錐體(4)，射頻同軸連接器(5)內(nèi)導(dǎo)體以焊接的方式連接導(dǎo)體貼片(6)，上介質(zhì)基板(7)層疊于下介質(zhì)基板(I)之上，上介質(zhì)基板(7)與下介質(zhì)基板(I)將導(dǎo)體貼片夾于其間，下介質(zhì)基板(I)的背面粘接于金屬錐體(4)的錐面上，其中，射頻同軸連接器(5)順次穿越平面板(3)、金屬錐體(4)和下介質(zhì)基板(I)，通過(guò)下介質(zhì)基板(I)上用光刻腐蝕方法制成的多邊形形狀的導(dǎo)體貼片(6)的層疊結(jié)構(gòu)，共同構(gòu)成了微帶貼片天線，射頻同軸連接器(5)對(duì)微帶貼片天線進(jìn)行探針饋電，在導(dǎo)體貼片(6)上激勵(lì)起一對(duì)幅度相等，相位相差90度的正交極化簡(jiǎn)并模，形成輻射右旋圓極化電磁波的共形相控陣天線陣面。2.如權(quán)利要求1所述的大型K波段共形天線陣面，其特征在于:上介質(zhì)基板(7)與下介質(zhì)基板(I)大小相同，覆蓋于導(dǎo)體貼片(6)上。3.如權(quán)利要求1所述的大型K波段共形天線陣面，其特征在于:射頻同軸轉(zhuǎn)接器(5)是1024個(gè)推入式射頻同軸轉(zhuǎn)接器。4.如權(quán)利要求1所述的大型K波段共形天線陣面，其特征在于:射頻同軸連接器(5)對(duì)微帶貼片天線進(jìn)行探針饋電并根據(jù)導(dǎo)體貼片(6)旋轉(zhuǎn)一定角度后所產(chǎn)生的相位滯后方向進(jìn)行相位補(bǔ)償。5.如權(quán)利要求1所述的大型K波段共形天線陣面，其特征在于:導(dǎo)體貼片(6)是1024個(gè)矩形導(dǎo)體貼片。6.如權(quán)利要求1所述的大型K波段共形天線陣面，其特征在于:錐體母線(2)通過(guò)天線陣面的中心點(diǎn)，平面板(3)與過(guò)錐體母線(2)的圓錐體相切面平行。7.—種制備權(quán)利要求1所述大型K波段共形天線陣面的方法，其特征在于包括如下步驟:首先建立載體平臺(tái)錐面的方程，通過(guò)編寫(xiě)Matlab程序，將平面板(3)上正三角形排布的饋電點(diǎn)投影到載體平臺(tái)的錐面上，得到錐面上饋電點(diǎn)的坐標(biāo)位置;再將錐面展開(kāi)成平面，利用錐面與展開(kāi)平面的映射關(guān)系，得到展開(kāi)平面上的饋電點(diǎn)位置;將四組導(dǎo)體貼片(6)分別按0°、90°、180°、270°四種角度繞各自饋電點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后按每個(gè)象限一種旋向，以導(dǎo)體貼片(6)上的饋電點(diǎn)為基準(zhǔn)，將旋轉(zhuǎn)后的導(dǎo)體貼片(6)平移到展開(kāi)平面上的饋電點(diǎn)位置上，采用象限順序旋轉(zhuǎn)陣的形式來(lái)構(gòu)建圓極化天線陣面。8.如權(quán)利要求7所述大型K波段共形天線陣面的方法，其特征在于:若以第一象限導(dǎo)體貼片為基準(zhǔn)，第二象限導(dǎo)體貼片、第三象限導(dǎo)體貼片及第四象限導(dǎo)體貼片分別繞著各自的饋電點(diǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°、180°和270°，按照上述導(dǎo)體貼片旋轉(zhuǎn)方式可以得到輻射右旋圓極化電磁波的平面天線陣面。9.如權(quán)利要求7所述的大型K波段共形天線陣面的方法，其特征在于:采用印制電路板工藝將上介質(zhì)基板(7)、下介質(zhì)基板(I)及導(dǎo)體貼片(6)加工成平面多層板，然后可以采用層壓或焊接的方式將平面多層板共形粘附到金屬錐體(4)上，形成共形天線陣面。10.如權(quán)利要求7所述的大型K波段共形天線陣面，其特征在于:射頻同軸轉(zhuǎn)接器(5)以螺裝或燒結(jié)的形式密集安裝在金屬錐體(4)上，最后將射頻同軸轉(zhuǎn)接器(5)的內(nèi)芯通過(guò)上介質(zhì)基板(7)上預(yù)留的焊接用孔與導(dǎo)體貼片(6)焊接，得到共形天線陣面。
【文檔編號(hào)】H01Q21/00GK106099337SQ201610017821
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年1月12日 公開(kāi)號(hào)201610017821.5, CN 106099337 A, CN 106099337A, CN 201610017821, CN-A-106099337, CN106099337 A, CN106099337A, CN201610017821, CN201610017821.5
【發(fā)明人】尹繼亮, 任思, 王彪, 藍(lán)海, 張?jiān)? 何海丹
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所