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      多模單脈沖天線的制作方法

      文檔序號:7199086閱讀:554來源:國知局
      專利名稱:多模單脈沖天線的制作方法
      技術領域
      多模單脈沖天線可直接應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,實現(xiàn)高增益、窄波束單脈沖天線。
      背景技術
      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。隨著導彈、火箭、人造衛(wèi)星和宇航技術的發(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角度信息的速度方面都不能適應新的要求。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的距離和全部角坐標信息,這樣就大大加快了提取目標角度信息的速度,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鍵元件,整個單脈沖天線的性能與它密切相關。原則上可以通過分別控制"和"模與"差"模的口徑激勵來實現(xiàn)最佳的理想饋源口徑激勵。常用的獨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,實用中多采用多模饋源,這是因為采用這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)結構比較簡單,故目前應用極為廣泛。[0004] 多模饋源就是用一個單孔徑饋源提供單脈沖和差信號。這種技術的基礎除了利用常規(guī)的主模TEw以外,還利用高階波導模。所用的高次模是由在波導中引入的不連續(xù)性而產生,通常采用變張角或變截面的方法來激勵所需要的波型,通常稱這種結構為波型器。其輸入端的波導稱之為激勵波導,輸出端的波導稱之為主波導,主波導的開口端即為饋源輻射口徑面。激勵波導僅能傳輸主模,而在主波導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?shù)牟ㄐ推鳟a生需要的多個波型模式,通過改變主波導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系,產生接近于理想饋源形狀的偶對稱與奇對稱分布。 基片集成波導不僅具有平面化的電路結構,同時具有低損耗、低互耦、高Q值的特性,因此可以用來設計高性能的多模單脈沖天線。

      發(fā)明內容技術問題本實用新型的目的是利用基片集成波導設計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、易于大批量生產等特點。[0007] 技術方案本實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基片的正反兩側,金屬化通孔穿過介質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3dB定向耦合器、基片集成波導90度移相器、基片集成波導波型器、主波導,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3dB定向耦合器的第一個輸入口與多?;刹▽蚊}沖天線的第一輸入端口相連,基片集成波導3dB定向耦合器的第二個輸入口與多?;刹▽蚊}沖天線的第二輸入端口相連;主波導的輸出端接喇叭天線的輸入端。 所述的喇叭天線的下側為延長的介質基片,上側為斜坡銅片,兩側為第一側面銅片、第二側面銅片,第一側面銅片、第二側面銅片與延長的介質基片的下層金屬敷銅面相連接。 基片集成波導90度移相器通過調節(jié)金屬化通孔的位置,形成具有不同寬度的基片集成波導,從而實現(xiàn)所需的90度相移量。 基片集成波導波型器具有兩個輸入口、一個輸出口 ;基片集成波導波型器兩個輸入口的寬度均設定為僅允許基片集成波導的主模傳輸;基片集成波導波型器輸出口的寬度設定為允許基片集成波導的前三個模式傳輸。延長的介質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3dB定向耦合器、基片集成波導90度移相器的寬度設定為只允許基
      片集成波導的主模TEw傳播;基片集成波導波型器的不連續(xù)性使得主波導中出現(xiàn)高次模;
      主波導的寬度設定為只允許基片集成波導的前三個模式TE1Q, TE2。, TE3。傳播。 若選用的介質基片足夠厚,使得主波導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,使用的介質基片較薄,無法直接利用主波導
      的開口端進行輻射,則需要將主波導輸出端的介質基片延長,延長的介質基片只有下層金
      屬敷銅面,而無上層金屬敷銅面,也無金屬化通孔,將第一側面銅片、第二側面銅片、斜坡銅
      片與延長的介質基片的下層金屬敷銅面相互焊接,構成一個喇叭天線,實現(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3dB定向耦合器、基片集成波導90度移相器,在基片集成波導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,再分別進入基片集成波導波形器的第一個輸入口 、基片集成波導波形器的第二個輸入口 ,經過基片集成波導波形器的不連續(xù)性,在基片集成波導波形器的輸出口激勵出TEw模,通過主波導進入喇叭天線,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▽蚊}沖天線的第二輸入端口饋電,輸入信號通過基片集成波導3dB定向耦合器、基片集成波導90度移相器,在基片集成波導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,再分別進入基片集成波導波形器的第一個輸入口 、基片集成波導波形器的第二個輸入口 ,經過基片集成波導波形器的不連續(xù)性,在基片集成波導波形器的輸出口激勵出TE『TE3。模,通過主波導進入喇叭天線,適當調節(jié)主波導、延長的介質基片的長度和主波導的寬度,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,適當調節(jié)基片集成波導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。
      有益效果本實用新型具有以下優(yōu)點 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。同時與金屬波導的立體結構相比,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,結構緊湊。
      4[0018] 4:)可以利用普通PCB工藝加工,精度高、重復性好,適合大批量生產。
      圖1是本實用新型多模單脈沖天線的結構示意圖, 以上的圖中有上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2、介質基片3、延長的介質基片31、金屬化通孔4、基片集成波導3dB定向耦合器5、基片集成波導90度移相器6、基片集成波導波型器7、主波導8、喇叭天線9、第一側面銅片91、第二側面銅片92、斜坡銅片93、第一輸入端口 101、第二輸入端口 102。
      具體實施方式本實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、介質基片3、延長的介質基片31、金屬化通孔4、基片集成波導3dB定向耦合器5、基片集成波導90度移相器6、基片集成波導波型器7、主波導8、喇叭天線9、第一側面銅片91、第二側面銅片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分別位于介質基片3的正反兩側,金屬化通孔4穿過介質基片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3dB定向耦合器5、基片集成波導90度移相器6、基片集成波導波型器7、主波導8 ;基片集成波導3dB定向耦合器5的第一個輸入口與多?;刹▽蚊}沖天線的第一輸入端口 101相連,基片集成波導3dB定向耦合器5的第二個輸入口與多?;刹▽蚊}沖天線的第二輸入端口 102相連,基片集成波導3dB定向耦合器5的第一個輸出口與基片集成波導90度移相器6的第一個輸入口相連,基片集成波導3dB定向耦合器5的第二個輸出口與基片集成波導90度移相器6的第二個輸入口相連;基片集成波導90度移相器6的第一個輸出口與基片集成波導波型器7的第一個輸入口相連,基片集成波導90度移相器6的第二個輸出口與基片集成波導波型器7的第二個輸入口相連;基片集成波導波型器7的輸出口與主波導8的輸入口相連;主波導8輸出端的介質基片3延長,延長的介質基片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,第一側面銅片91、第二側面銅片92、斜坡銅片93和延長的介質基片31的下層金屬敷銅面2相互焊接,構成喇叭天線9。 在工作頻帶范圍內,基片集成波導3dB定向耦合器5、基片集成波導90度移相器6、基片集成波導波型器7的兩個輸入口的寬度設定為只允許基片集成波導的主模TE1Q傳播;基片集成波導波型器7的不連續(xù)性結構使得主波導中出現(xiàn)高次模;基片集成波導波型器7的輸出口 、主波導8的寬度設定為允許基片集成波導的前三個模式TE1Q、TE2。、TE3。傳播。[0023] 在中心頻率約15.5GHz處設計了多?;刹▽蚊}沖天線,介質基片選用Rogers Duroid 5880,其介質常數(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)分別位于介質基片(3)的正反兩側,金屬化通孔(4)穿過介質基片(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3dB定向耦合器(5)、基片集成波導90度移相器(6)、基片集成波導波型器(7)、主波導(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3dB定向耦合器(5)的第一個輸入口與多?;刹▽蚊}沖天線的第一輸入端口(101)相連,基片集成波導3dB定向耦合器(5)的第二個輸入口與多?;刹▽蚊}沖天線的第二輸入端口(102)相連;主波導(8)的輸出端接喇叭天線(9)的輸入端。
      2. 根據(jù)權利要求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 為延長的介質基片(31),上側為斜坡銅片(93),兩側為第一側面銅片(91)、第二側面銅片 (92),第一側面銅片(91)、第二側面銅片(92)與延長的介質基片(31)的下層金屬敷銅面 (2)相連接。
      3. 根據(jù)權利要求1所述的多模單脈沖天線,其特征為基片集成波導90度移相器(6) 通過調節(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,從而實現(xiàn)所需的90度相移量。
      4. 根據(jù)權利要求1所述的多模單脈沖天線,其特征為基片集成波導波型器(7)具有 兩個輸入口、一個輸出口 ;基片集成波導波型器(7)兩個輸入口的寬度均設定為僅允許基 片集成波導的主模傳輸;基片集成波導波型器(7)輸出口的寬度設定為允許基片集成波導 的前三個模式傳輸。
      5. 根據(jù)權利要求l所述的多模單脈沖天線,其特征為延長的介質基片(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)分別位于介質基片(3)的正反兩側,金屬化通孔(4)穿過介質基片(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3dB定向耦合器(5)、基片集成波導90度移相器(6)、基片集成波導波型器(7)、主波導(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(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)先權日2009年9月23日
      發(fā)明者洪偉, 程鈺間 申請人:東南大學
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