一种基于六臂螺旋阵列结构的稀疏阵天线转让专利
申请号 : CN201910893837.6
文献号 : CN110620293B
文献日 : 2021-06-11
发明人 : 江梅 , 李昕 , 陈旭 , 黄勇 , 刘超 , 田晓青 , 韩如冰 , 朱丽丽
申请人 : 上海无线电设备研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于六臂螺旋阵列结构的稀疏阵天线,其特征在于,包含若干个多臂螺旋阵列模块,所述多臂螺旋阵列模块沿着垂直于模块边长的方向布置,2个以上所述多臂螺旋阵列模块边缘并列连接组成大规模天线阵;
所述多臂螺旋阵列模块,其为多边形阵面结构,包含多条旋转对称的螺旋阵列结构(100),所述螺旋阵列结构(100)包含若干个线阵(1),相邻的两个线阵之间形成有一定夹角,所述线阵(1)包含若干个天线单元(11);
所述多臂螺旋阵列模块为六臂螺旋阵列结构,设置有六条旋转对称的螺旋阵列结构(100);所述多边形阵面结构为六边形阵面结构;
所述天线单元(11)为分层结构且从上到下依次设有顶部贴片层(121)、顶部介质层(122)、中间介质层(123)、中间贴片层(124)、底部介质层(125)和底部接地层(126);
所述中间贴片层(124)和所述底部接地层(126)之间通过金属化通孔(127)连接;
所述底部接地层(126)包含空心圆的金属地(1261)、环形缝隙(1262)和圆形金属贴片(1263),所述金属化通孔(127)和所述圆形金属贴片(1263)连接;所述圆形金属贴片(1263)设置于所述金属地(1261)的空心圆内,所述圆形金属贴片(1263)与所述金属地(1261)的空心圆的圆心相同,所述圆形金属贴片(1263)的半径小于与所述金属地(1261)的空心圆的半径;所述圆形金属贴片(1263)与所述金属地(1261)的空心圆之间形成所述环形缝隙(1262);
所述底部接地层(126)的环形缝隙(1262)和所述圆形金属贴片(1263)构成同轴端口,同轴端口的特征阻抗与TR组件的标准阻抗匹配连接;
基于低温共烧陶瓷方法按照螺旋阵列结构的天线单元(11)中的顶部介质层(122)、中间介质层(123)、底部介质层(125)逐层加工并一体化压合成型;
稀疏阵天线的所述多臂螺旋阵列模块与满阵天线的阵列模块相比,所述满阵天线的阵列模块采用栅格排列布阵方式,且为六边形阵面结构;所述满阵天线的阵列模块的六边形阵面结构的边长与所述稀疏阵天线的所述多臂螺旋阵列模块的六边形阵面结构的边长相同,所述满阵天线的阵列模块的天线单元间距与所述稀疏阵天线的所述多臂螺旋阵列模块的天线单元间距相同;稀疏阵天线的稀疏比k由下式决定:其中,n为满阵天线的阵列模块的天线单元数目;[]为取整符号;a为六边形阵面结构的边长;d为天线单元间距;
天线单元间距通过以下公式决定:
其中,d为天线单元间距;λ为中心频率对应的波长;θm为天线对应的扫描角度。
2.如权利要求1所述的基于六臂螺旋阵列结构的稀疏阵天线,其特征在于,所述六边形阵面结构为正六边形阵面结构;
每条对称螺旋阵列结构(100)的线阵(1)的数量为八个,相邻的两个线阵(1)之间的夹角为120度;
八个线阵(1)的天线单元数目从内到外依次分别为3个、2个、4个、6个、8个、10个、12个和12个,一条螺旋阵列结构的天线单元(11)总数为57个;六边形阵面结构的天线单元的总数目为337个。
3.如权利要求1所述的基于六臂螺旋阵列结构的稀疏阵天线,其特征在于,所述天线单元(11)为堆叠式微带贴片结构,所述顶部贴片层(121)为顶部微带贴片层,所述中间贴片层(124)为中间微带贴片层;所述顶部微带贴片层和所述中间微带贴片层均为方形贴片且采用堆叠式耦合的形式;
所述顶部微带贴片层的尺寸小于所述中间微带贴片层。
4.如权利要求1所述的基于六臂螺旋阵列结构的稀疏阵天线,其特征在于,天线单元间距小于1个波长。
说明书 :
一种基于六臂螺旋阵列结构的稀疏阵天线
技术领域
背景技术
睐。相控阵天线利用相位扫描代替传统的机械扫描来实现对目标的跟踪照射,是现代雷达
系统的发展趋势。毫米波相控阵天线也日益成为人们关注和研究的热点问题。
术指标要求,通过降低相控阵通道数目以大大降低系统的成本和馈电网络的复杂度,是降
低天线成本和系统复杂度的较好方式之一。常用的稀布阵面排布技术包括基本栅格结构、
分形结构、解析算法、以及一些智能优化算法。基本的栅格结构只是通过增大间距和抽取单
元来降低天线通道数目,降低天线的通道数目非常有限,而解析算法和一些智能优化算法
通过目标函数寻优来找到稀疏阵阵列排布的最佳位置,往往阵列结构复杂且单元排布毫无
规律。而分形结构利用明确的几何关系确定单元排布,结构简单且规律性强可适用于阵列
天线的通用化、模块化设计。
转对称排列,并实现一定的占空比以达到阵列稀疏化的效果。排布规律简单且稀疏化效果
显著是实现高增益、宽角度扫描稀布相控阵天线的一个较好的选择。
线形式在毫米波段难以实现高精度加工,且不利于天线集成化设计。如何选取相控阵天线
的辐射单元,既具有较高的加工精度又有利于集成化模块化设计,是毫米波相控阵天线研
究的难点问题。基于上述原因,研发一种基于六臂螺旋阵列结构的稀疏阵天线实为必要。
发明内容
LTCC工艺的六边形双层微带贴片单元作为辐射基本单元,实现微带天线单元的宽带小型化
设计,在满足宽角度扫描的要求下实现相控阵天线的低成本稀疏化设计,结构简单。
并列连接组成大规模天线阵;
含若干个天线单元;
金属贴片与所述金属地的空心圆的圆心相同,所述圆形金属贴片的半径小于与所述金属地
的空心圆的半径;所述圆形金属贴片与所述金属地的空心圆之间形成所述环形缝隙;
依次分别为3个、2个、4个、6个、8个、10个、12个和12个,一条螺旋阵列结构的天线单元总数
为57个;六边形阵面结构的天线单元的总数目为337个。
方形贴片且采用堆叠式耦合的形式;所述顶部微带贴片层的尺寸小于所述中间微带贴片
层。
模块的六边形阵面结构的边长与所述稀疏阵天线的所述多臂螺旋阵列模块的六边形阵面
结构的边长相同,所述满阵天线的阵列模块的天线单元间距与所述稀疏阵天线的所述多臂
螺旋阵列模块的天线单元间距相同;稀疏阵天线的稀疏比k由下式决定:
片单元作为辐射基本单元,实现微带天线单元的宽带小型化设计;本发明的天线具有结构
简单,低成本、宽扫描角的特点;在保持宽带、低损耗天线性能的同时,具有小型化、集成化
的紧凑结构,天线的模块化设计方法便于大规模组阵和通用化设计,适用于雷达应用平台
下,低成本相控阵的应用需求;具体如下:
下,实现降低相控阵天线通道数目的作用,同时具有结构简单,加工方便的特点;
线收发系统中频与天线之间的部分)组件的低损耗、高精度集成,且重复性好,适合大批量
生产;
接,具有低损耗的优点,加工方便、易集成的特点;
模式,且可解决大口径阵列天线的应用需求,可推广至其他毫米波频段甚至THz波段,适用
于其他任意尺寸天线单元形式。
附图说明
具体实施方式
个、10个、12个和12个,则一条螺旋阵列结构共计57个天线单元11。
排列布阵方式,且为六边形阵面结构;所述满阵天线的阵列模块的六边形阵面结构的边长
与所述稀疏阵天线的所述多臂螺旋阵列模块的六边形阵面结构的边长相同,所述满阵天线
的阵列模块的天线单元间距与所述稀疏阵天线的所述多臂螺旋阵列模块的天线单元间距
相同;稀疏阵天线的稀疏比k由下式决定:
目相比,其稀疏比为42%。
126。顶部贴片层121和中间贴片层124均为方形单元。如图3所示为天线单元的俯视图。天线
单元11是堆叠式微带贴片结构,分为顶层微带贴片层(即顶部贴片层121)和中间层微带贴
片层(即中间贴片层124)。即顶层微带贴片层121和中间层微带贴片层124均为方形贴片,且
采用堆叠式耦合的形式,顶层微带贴片层121尺寸略小于中间层微带贴片层124。
式微带谐振器实现微波谐振和辐射;底部接地层126包含微带天线单元的金属地,同时包含
同轴输入/输出接口结构,便于与外部TR组件端口连接。
缝隙1262和圆形金属贴片1263。金属化通孔127和底部接地层126的圆形金属贴片1263连
接;所述圆形金属贴片1263设置于所述金属地1261的空心圆内,所述圆形金属贴片1263与
所述金属地1261的空心圆的圆心相同,所述圆形金属贴片1263的半径小于与所述金属地
1261的空心圆的半径;所述圆形金属贴片1263与所述金属地1261的空心圆之间形成所述环
形缝隙1262;底部接地层126的环形缝隙1262和圆形金属贴片1263构成同轴端口,为实现天
线单元与TR组件探针阻抗匹配,需优化同轴端口的内外径R1和R2,实现一定的端口阻抗,本
实施例中按常规设计同轴端口的阻抗为标准的50欧,以实现与TR组件的标准阻抗匹配连
接。
片尺寸。
合成型。本实施例优选三层陶磁介质(即顶部介质层122、中间介质层123和底部介质层
125)。
式。
范围的波束扫描。
馈电的双层微带贴片单元。本发明利用六臂螺旋阵列作为相控阵天线单元的组阵方式,实
现稀疏阵设计,具有结构简单,加工方便,低成本的优势,同时满足系统应用宽扫描角的需
求。
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。