專(zhuān)利名稱(chēng)：一種Ka頻段寬角掃描圓極化陣列天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種Ka頻段寬角掃描圓極化陣列天線。
背景技術(shù)：
空間站、飛船、飛機(jī)和導(dǎo)彈等為了滿足遠(yuǎn)距離通信要求，采用與同步軌道衛(wèi)星實(shí)現(xiàn) 中繼。為滿足遠(yuǎn)程通信、高速機(jī)動(dòng)平臺(tái)、快速捕獲跟蹤、抗干擾、隱身等要求，采用相控陣天 線。為滿足飛行平臺(tái)小型化、輕量化和抗干擾要求，相控陣采用Ka和EHF頻段，為實(shí)現(xiàn)波束 快速捷變和寬區(qū)域覆蓋，要求相控陣天線的能夠?qū)崿F(xiàn)士60 70度二維圓錐掃描。隨著目前軍事局勢(shì)的發(fā)展變化，機(jī)載/彈載的信息傳輸速率越來(lái)越高，要求的作 用距離越來(lái)越遠(yuǎn)，抗干擾能力越來(lái)越強(qiáng)，具有很強(qiáng)的隱身能力，對(duì)平臺(tái)機(jī)動(dòng)性能影響小。目 前廣泛采用的衛(wèi)通終端天線，如機(jī)械可動(dòng)反射面、機(jī)電混合掃描波導(dǎo)縫隙陣等，均不能滿足 機(jī)動(dòng)平臺(tái)需求?？臻g站和飛船等高速飛行器為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，要求能夠快速的建立鏈路，實(shí) 現(xiàn)對(duì)中繼星和地面站的快速捕獲與跟蹤，而隨著傳輸速率的逐漸增加，捕獲跟蹤越來(lái)越困 難，同時(shí)目前的機(jī)械可動(dòng)反射面終端對(duì)平臺(tái)機(jī)動(dòng)性能有影響。為此，研究Ka頻段寬角掃描有源相控陣天線，能夠有效的提高高速機(jī)動(dòng)平臺(tái)的數(shù) 據(jù)傳輸能力，增加可靠性和壽命，滿足軍用飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等各種平臺(tái)未來(lái)應(yīng)用發(fā)展。在國(guó)內(nèi)，寬角掃描相控陣天線要集中在L、S、X等頻段，在Ka頻段還未見(jiàn)報(bào)道。在 國(guó)外，Ka頻段寬角掃描相控陣天線輻射單元一般采用波導(dǎo)、微帶、偶極子、縫隙，微帶陣采用 印刷電路形式，加工容易實(shí)現(xiàn)，但是損耗和寬角掃描性能較差。同時(shí)，開(kāi)口波導(dǎo)陣需要圓極 化器，需采用螺釘固定，增加了損耗、成本、設(shè)計(jì)和加工裝配難度，并且難以實(shí)現(xiàn)可插拔、可 替換，構(gòu)成較大規(guī)模陣列時(shí)，研制風(fēng)險(xiǎn)較大；偶極子陣圓極化饋電困難，增加了加工和裝配 難度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可 靠的Ka頻段寬角掃描圓極化陣列天線。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種Ka頻段寬角掃描圓極化陣列天線，包括腔體 面、輻射單元和固定螺母；輻射單元由十字交叉振子、對(duì)插插座和同軸組成；對(duì)插插座帶有 多棱邊的方臺(tái)，方臺(tái)下端為螺紋，螺紋內(nèi)側(cè)為SMP接口 ；輻射單元插入腔體面內(nèi)，通過(guò)螺紋 與固定螺母固定；同軸的外導(dǎo)體上帶有對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)縫隙巴倫；同軸的內(nèi)導(dǎo)體與十字交叉振 子中的一個(gè)振子固定連接。所述縫隙巴倫與十字振子呈36度角。所述十字交叉振子的振子采用矩形結(jié)構(gòu)，振子的寬厚比設(shè)計(jì)為5 3。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本實(shí)用新型采用輻射單元和腔體分立設(shè)計(jì)，輻射單元方臺(tái)、螺紋和SMP接口一 體化設(shè)計(jì)，通過(guò)批量生產(chǎn)的輻射單元與腔體的直接對(duì)插，實(shí)現(xiàn)與相控陣中有源模塊(相控陣與陣面相連的分機(jī))的互聯(lián)，解決了以前螺釘固定和焊接裝配方式的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了可直 接插拔、可替換，降低了研制難度和成本。(2)本實(shí)用新型通過(guò)輻射單元底部對(duì)插插座上的多棱邊方臺(tái)，與腔體面的每個(gè)腔 體底部的多棱邊螺紋腔對(duì)插，一方面實(shí)現(xiàn)輻射單元在腔體中的固定，另一方面確定各個(gè)輻 射單元在陣面中的相對(duì)方向，同時(shí)解決了在非常小的空間中焊接和螺釘固定空間不足的問(wèn) 題，滿足了 Ka寬角掃描陣面工程可實(shí)現(xiàn)性。(3)本實(shí)用新型在同軸外導(dǎo)體上，通過(guò)縫隙巴倫位置和方向的改變實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。 現(xiàn)有技術(shù)中，類(lèi)似單個(gè)輻射單元用于低頻段時(shí)，縫隙巴倫在同軸外導(dǎo)體相鄰兩個(gè)振正中間， 且與振子呈45度。而本實(shí)用新型兩個(gè)對(duì)稱(chēng)縫隙巴倫緊靠四個(gè)振子中兩個(gè)相鄰長(zhǎng)短振子，且 縫隙與振子呈36度角，使天線口徑在小于半波長(zhǎng)情況下能得到較好的駐波。(4)本實(shí)用新型四個(gè)振子采用矩形結(jié)構(gòu)，并且振子的寬厚比設(shè)計(jì)為5 3，解決了 Ka頻段小尺寸方形(或圓形)振子加工時(shí)，沖壓振子容易引起的變形問(wèn)題，從而保證振子加 工的批次一致性和精度，降低了振子的加工難度。(5)本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思路不僅可以用于作為Ka頻段天線的設(shè)計(jì)，也可以用于 Ku、K、EHF等頻段寬角掃描陣列天線的設(shè)計(jì)。

圖1為本實(shí)用新型陣面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為輻射單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為輻射單元剖視圖；圖4(A)為本實(shí)用新型輻射單元輻射方向圖仿真曲線圖；圖4(B)為本實(shí)用新型輻射單元軸比仿真曲線；圖5(A)為本實(shí)用新型陣列天線的輻射方向圖仿真曲線圖；圖5(B)為本實(shí)用新型陣列天線的輻射單元軸比仿真曲線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本實(shí)用新型的陣列天線為64個(gè)十字交叉振子裝入64個(gè)腔體面的Ka 頻段圓極化寬角掃描陣列天線。包括腔體面1、輻射單元2和固定螺母3。腔體面1保證天 線的單向輻射，腔體面1和固定螺母3實(shí)現(xiàn)64個(gè)輻射單元2的裝配固定。如圖2、3所示，輻射單元2由十字交叉振子4、對(duì)插插座6和同軸8構(gòu)成。對(duì)插插 座6帶有方臺(tái)11、方臺(tái)11下端為螺紋12，螺紋12內(nèi)側(cè)為SMP接口 13。同軸8的外導(dǎo)體9 上帶有對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)縫隙巴倫5，縫隙巴倫5緊靠四個(gè)振子中兩個(gè)相鄰長(zhǎng)短振子，且縫隙與振 子呈36度角。內(nèi)導(dǎo)體7與交叉振子4通過(guò)焊接互聯(lián)；內(nèi)導(dǎo)體7與外導(dǎo)體9之間通過(guò)介質(zhì)10支撐 和固定。輻射單元2插入腔體面1內(nèi)時(shí)，通過(guò)螺紋12與固定螺母3固定。本實(shí)用新型的十字交叉振子4的振子采用矩形結(jié)構(gòu)，其寬厚比為5 3。本實(shí)用新型的天線通過(guò)十字交叉振子4實(shí)現(xiàn)圓極化；通過(guò)縫隙巴倫5實(shí)現(xiàn)阻抗變 換；通過(guò)對(duì)插插座6完成64個(gè)輻射單元2在腔體面1上的裝配。對(duì)插接頭6中的方臺(tái)11確定輻射單元2的方向，螺紋12對(duì)輻射單元2起固定作用，SMP接口 13實(shí)現(xiàn)與TR組件的 直接對(duì)插。該結(jié)構(gòu)的天線在Ka頻段要實(shí)現(xiàn)具有寬角(士60 70度的二維圓錐)掃描性能。 輻射單元2的仿真曲線如圖3所示；64單元陣列天線在士60度仿真曲線如圖4所示?？?以看出本實(shí)用新型具有掃描頻率高、掃描角度寬、軸比好等特點(diǎn)。該天線也可以應(yīng)用到Ku以上陣列天線中，特別是寬角掃描相控陣中。該天線不僅 可以用于陣列天線的饋源，同時(shí)該天線本身也是一副性能優(yōu)良的寬波束、圓極化、單點(diǎn)饋電 的小型化天線，可以應(yīng)用在機(jī)載、彈載、星載等平臺(tái)中。且由于其體積小、重量輕、特別適合 高速機(jī)動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用，同時(shí)具有與平臺(tái)共形、波束捷變靈活，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可以 應(yīng)用于未來(lái)先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)、無(wú)人機(jī)等平臺(tái)中，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)然，對(duì)本實(shí)用新型的各組成部件、位置關(guān)系及連接方式在不改變其功能的情況 下，進(jìn)行的等效變換或替代，也落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)未詳細(xì)說(shuō)明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求1.一種Ka頻段寬角掃描圓極化陣列天線，其特征在于包括腔體面(1)、輻射單元(2) 和固定螺母(3)；輻射單元O)由十字交叉振子G)、對(duì)插插座(6)和同軸(8)組成；對(duì)插插 座(6)帶有方臺(tái)(11)、方臺(tái)(11)下端為螺紋(12)，螺紋(12)內(nèi)側(cè)為SMP接口 (13)；福射 單元(2)插入腔體面(1)內(nèi)，通過(guò)螺紋(12)與固定螺母(3)固定；同軸(8)的外導(dǎo)體(9) 上帶有對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)縫隙巴倫(5)；同軸(8)的內(nèi)導(dǎo)體(7)與十字交叉振子中的一個(gè)振 子固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ka頻段寬角掃描圓極化陣列天線，其特征在于所述縫 隙巴倫(5)與十字振子呈36度角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ka頻段寬角掃描圓極化陣列天線，其特征在于所述十 字交叉振子的振子采用矩形結(jié)構(gòu)，振子的寬厚比為5 3。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種Ka頻段寬角掃描圓極化陣列天線，包括腔體面(1)、輻射單元(2)和固定螺母(3)；輻射單元(2)由十字交叉振子(4)、對(duì)插插座(6)和同軸(8)組成；對(duì)插插座(6)帶有方臺(tái)(11)、方臺(tái)(11)下端為螺紋(12)，螺紋(12)內(nèi)側(cè)為SMP接口(13)；輻射單元(2)插入腔體面(1)內(nèi)，通過(guò)螺紋(12)與固定螺母(3)固定；同軸(8)的外導(dǎo)體(9)上帶有對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)縫隙巴倫(5)；同軸(8)的內(nèi)導(dǎo)體(7)與十字交叉振子(4)中的一個(gè)振子固定連接。本實(shí)用新型使用了帶有方臺(tái)、螺紋和SMP接口的輻射單元插座，降低了陣面的裝配難度，實(shí)現(xiàn)可插拔和可替換，降低了天線整個(gè)陣面的研制風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK201904433SQ20102064567
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者何向輝, 李成國(guó), 牛雪杰 申請(qǐng)人:西安空間無(wú)線電技術(shù)研究所