相控陣天線設(shè)備、其寬角阻抗匹配裝置和相控陣天線系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種相控陣天線設(shè)備、其寬角阻抗匹配裝置和相控陣天線系統(tǒng)。該相控陣天線設(shè)備包括天線裝置陣列和設(shè)置于天線裝置陣列上方的寬角阻抗匹配裝置，其中，寬角阻抗匹配裝置包括：第一基板；多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)水平地設(shè)置在第一基板的一表面上；以及多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置在多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)上方或下方且排列成大致垂直于第一基板。本發(fā)明的相控陣天線設(shè)備及其寬角阻抗匹配裝置能起到以下有益技術(shù)效果：減少掃描盲點(diǎn)對(duì)要求頻帶的影響，實(shí)現(xiàn)相控陣寬帶寬角掃描阻抗匹配，從而提高大角度掃描增益，擴(kuò)展掃描空域，提升天線掃描性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】相控陣天線設(shè)備、其寬角阻抗匹配裝置和相控陣天線系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種相控陣天線設(shè)備以及一種用于該相控陣天線設(shè)備的寬角阻抗匹配裝置、相控陣天線系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]相控陣?yán)走_(dá)因其特有的快速波束掃描和波束形成等特性，成為目前雷達(dá)發(fā)展的主要趨勢(shì)。相控陣?yán)走_(dá)的天線設(shè)計(jì)也是一個(gè)很重要的領(lǐng)域?，F(xiàn)代雷達(dá)發(fā)展要求天線工作帶寬夠?qū)?，掃描范圍大，同時(shí)駐波要小。機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)一般采用Vivaldi類(lèi)型寬帶天線，并且采用三角組陣方式。該天線存在幾類(lèi)掃描盲點(diǎn)，某類(lèi)掃描盲點(diǎn)隨著天線掃描角度的增加，盲點(diǎn)向帶內(nèi)移動(dòng)，從而影響帶寬和掃描性能。
[0003]為了解決上述問(wèn)題，即為了減少掃描盲點(diǎn)對(duì)要求頻帶的影響，實(shí)現(xiàn)相控陣寬帶寬角掃描阻抗匹配，從而提高大角度掃描增益，擴(kuò)展掃描空域，提升天線掃描性能，現(xiàn)有技術(shù)中提出了若干種解決方案。
[0004]一種解決方案是減小天線陣元之間的間距。然而，減小天線陣元之間的間距必然會(huì)導(dǎo)致成本增加。
[0005]另一種解決方案是設(shè)計(jì)天線介質(zhì)板形狀，使其形狀與漸變槽線基本共形，從而將掃描盲點(diǎn)向高頻移動(dòng)。然而，設(shè)計(jì)天線介質(zhì)板形狀效果一般，且加工復(fù)雜。
[0006]另一種解決方案是調(diào)節(jié)天線參數(shù)，即增加天線深度。然而，增加天線深度不利于天線小型化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中相控陣天線設(shè)備的上述缺陷，提供一種相控陣天線設(shè)備及其寬角阻抗匹配裝置，其能克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，減少掃描盲點(diǎn)對(duì)要求頻帶的影響，實(shí)現(xiàn)相控陣寬帶寬角掃描阻抗匹配，從而提高大角度掃描增益，擴(kuò)展掃描空域，提升天線掃描性能。
[0008]本發(fā)明的以上目的通過(guò)一種相控陣天線設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述相控陣天線設(shè)備包括天線裝置陣列和設(shè)置于所述天線裝置陣列上方的寬角阻抗匹配裝置，其中，所述寬角阻抗匹配裝置包括:
[0009]第一基板；
[0010]多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)水平地設(shè)置在所述第一基板的一表面上；以及
[0011 ] 多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)上方或下方且排列成大致垂直于所述第一基板。
[0012]根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的相控陣天線設(shè)備能起到以下有益技術(shù)效果:減少掃描盲點(diǎn)對(duì)要求頻帶的影響，實(shí)現(xiàn)相控陣寬帶寬角掃描阻抗匹配，從而提高大角度掃描增益，擴(kuò)展掃描空域，提升天線掃描性能。
[0013]較佳的是，每個(gè)所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的正上方或正下方分別對(duì)應(yīng)有一個(gè)所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)。
[0014]較佳的是，所述寬角阻抗匹配裝置還包括第二基板和填充材料，所述填充材料填充于所述第一基板和所述第二基板之間，，所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)固定于所述填充材料上和/或內(nèi)。
[0015]較佳的是，所述第一基板有多個(gè)，每個(gè)第一基板一表面上設(shè)置有多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，并有對(duì)應(yīng)多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)大致垂直于所述第一基板地設(shè)置在所述第一基板表面上。
[0016]較佳的是，所述一表面設(shè)有水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的第一基板、第二基板以及填充于所述第一基板和第二基板之間固定所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的填充材料共同構(gòu)成一個(gè)阻抗匹配層，所述寬角阻抗匹配裝置由多個(gè)所述阻抗匹配層堆疊而成。
[0017]較佳的是，所述第一基板和第二基板有多個(gè)，且以每?jī)蓚€(gè)所述第一基板之間設(shè)有一個(gè)所述第二基板、每?jī)蓚€(gè)所述第二基板之間設(shè)有一個(gè)所述第一基板地依次間隔排布，相鄰的第一基板和第二基板之間設(shè)有固定所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的填充材料。
[0018]較佳的是，所述多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)鑲嵌、焊接或粘接于所述填充材料內(nèi)。
[0019]較佳的是，所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)和所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)是由導(dǎo)電材料制成的具有一定幾何圖形的平面或立體結(jié)構(gòu)。
[0020]較佳的是，每個(gè)所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)或所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)包括開(kāi)口對(duì)向設(shè)置的兩個(gè)C形結(jié)構(gòu)。
[0021 ] 較佳的是，每個(gè)所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)或所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)包括口字型結(jié)構(gòu)和位于所述口字形結(jié)構(gòu)內(nèi)相向設(shè)置的兩個(gè)T形結(jié)構(gòu)。
[0022]較佳的是，所述寬角阻抗匹配裝置為多個(gè)且層疊設(shè)置于所述天線裝置陣列上方。
[0023]較佳的是，所述多個(gè)水平或豎直超材料微結(jié)構(gòu)單元按照矩形周期或三角形周期排列。
[0024]較佳的是，所述天線裝置陣列中的每個(gè)天線裝置是Vivaldi天線裝置、偶極子天線裝置、波導(dǎo)天線裝置、縫隙天線裝置、或微帶天線裝置。
[0025]較佳的是，所述天線裝置陣列包含多個(gè)并行排布的子陣列，每個(gè)子陣列可劃分為多個(gè)天線裝置，每個(gè)天線裝置包括:
[0026]介質(zhì)板；
[0027]兩個(gè)導(dǎo)電層，分別設(shè)置于所述介質(zhì)板的兩相對(duì)表面上，所述導(dǎo)電層上端呈漸變槽線形狀，且從所述導(dǎo)電層的上端開(kāi)設(shè)有與所述介質(zhì)板的側(cè)邊大致平行的矩形槽；
[0028]饋電線，設(shè)置于所述介質(zhì)板中。
[0029]較佳的是，每個(gè)所述子陣列上相鄰兩個(gè)所述天線裝置的距離與平行于所述介質(zhì)板表面的一列水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中連續(xù)N個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度相當(dāng)，或者與平行于所述介質(zhì)板表面的一列豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中N’個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度相當(dāng)，N、N’為大于等于2的自然數(shù)。
[0030]較佳的是，相鄰兩個(gè)所述子陣列的距離與垂直于所述介質(zhì)板表面的一行水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中連續(xù)M個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度相當(dāng)，或者與垂直于所述介質(zhì)板表面的一列豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中M，個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度相當(dāng)，Μ、M，為大于等于2的自然數(shù)。
[0031]較佳的是，每個(gè)天線裝置還包括反射板，所述反射板設(shè)置成與所述介質(zhì)板大致垂直且與所述介質(zhì)板的底邊大致平行。
[0032]較佳的是，每個(gè)天線裝置還包括諧振腔，所述諧振腔位于所述漸變槽線的最窄處且與所述漸變槽線相連接。
[0033]較佳的是，所述反射板設(shè)置于所述諧振腔和所述介質(zhì)板的底邊之間。
[0034]較佳的是，所述矩形槽的寬度是0.15mm-2mm。
[0035]較佳的是，所述矩形槽的長(zhǎng)度是10mm-14mm。
[0036]較佳的是，所述矩形槽離開(kāi)所述介質(zhì)板的側(cè)邊的距離是Omm-1.5mm。
[0037]較佳的是，所述矩形槽的寬度是1.4mm-2mm。
[0038]根據(jù)上述技術(shù)方案，通過(guò)在天線裝置金屬覆層中開(kāi)設(shè)矩形槽并調(diào)節(jié)矩形槽的寬度、長(zhǎng)度和邊界距離，本發(fā)明的相控陣天線設(shè)備能起到以下有益技術(shù)效果:可將某兩類(lèi)掃描盲點(diǎn)A和B移向更高頻率，從而擴(kuò)展了頻帶和掃描范圍，同時(shí)減弱了帶外盲點(diǎn)對(duì)帶內(nèi)駐波的影響，提升陣列天線的掃描性能。
[0039]尤其，全反射頻點(diǎn)(S卩，掃描盲點(diǎn))B隨著矩形槽寬度增加越來(lái)越向高頻移動(dòng)；全反射頻點(diǎn)B隨著矩形槽長(zhǎng)度增加越來(lái)越向高頻移動(dòng)；全反射頻點(diǎn)B的位置在取值范圍內(nèi)基本不隨著邊界距離改變而變化。
[0040]較佳的是，所述反射板離所述介質(zhì)板底邊的距離為0_17mm。
[0041]根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的相控陣天線設(shè)備能起到以下有益技術(shù)效果:隨著金屬反射板離天線底部(即，離介質(zhì)板底邊)距離LG增加，盲點(diǎn)A和B不斷向高頻移動(dòng)，直至移出12GHz以外，從而擴(kuò)展了頻帶和掃描范圍，同時(shí)減弱了帶外盲點(diǎn)對(duì)帶內(nèi)駐波的影響，提升陣列天線的掃描性能。較佳的是，所述天線裝置還包括吸波材料，所述吸波材料設(shè)置在所述介質(zhì)板的底邊附近。
[0042]根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的相控陣天線設(shè)備能起到以下有益技術(shù)效果:在對(duì)天線裝置開(kāi)槽及底部加設(shè)吸波材料之后，即對(duì)于設(shè)有矩形槽和吸波材料的天線裝置，A類(lèi)掃描盲點(diǎn)被很好地消除，B類(lèi)掃描盲點(diǎn)遠(yuǎn)離12GHz，尤其是60度掃描時(shí)，B類(lèi)掃描盲點(diǎn)位于13GHz左右。在8-12GHZ全X波段，當(dāng)掃描到60度時(shí)，帶內(nèi)都不存在掃描盲點(diǎn)，極大地?cái)U(kuò)展了天線陣的掃描范圍。
[0043]較佳的是，所述漸變槽線是雙指數(shù)漸變槽線。
[0044]較佳的是，所述導(dǎo)電層為金屬層。
[0045]較佳的是，所述反射板是金屬反射板。
[0046]較佳的是，所述反射板由銅或鋁制成。
[0047]較佳的是，所述矩形槽為至少一個(gè)，開(kāi)設(shè)于所述介質(zhì)板的一個(gè)側(cè)邊附近或兩個(gè)側(cè)邊附近。
[0048]本發(fā)明的以上目的還通過(guò)一種用于相控陣天線設(shè)備的寬角阻抗匹配裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述寬角阻抗匹配裝置包括:
[0049]第一基板；
[0050]多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)水平地設(shè)置在所述第一基板的一表面上；以及[0051 ] 多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)上方或下方且排列成大致垂直于所述第一基板。
[0052]較佳的是，每個(gè)所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的正上方或正下方分別對(duì)應(yīng)有一個(gè)所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)。
[0053]較佳的是，所述寬角阻抗匹配裝置還包括第二基板和填充材料，所述填充材料填充于所述第一基板和所述第二基板之間，所述多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)鑲嵌于所述填充材料內(nèi)。
[0054]較佳的是，所述第一基板有多個(gè)，每個(gè)第一基板一表面上設(shè)置有多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，并有對(duì)應(yīng)多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)大致垂直于所述第一基板地設(shè)置在所述第一基板表面上。
[0055]較佳的是，所述一表面設(shè)有水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的第一基板、第二基板以及填充于所述第一基板和第二基板之間固定所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的填充材料共同構(gòu)成一個(gè)阻抗匹配層，所述寬角阻抗匹配裝置由多個(gè)所述阻抗匹配層堆疊而成。
[0056]較佳的是，所述第一基板和第二基板有多個(gè)，且以每?jī)蓚€(gè)所述第一基板之間設(shè)有一個(gè)所述第二基板、每?jī)蓚€(gè)所述第二基板之間設(shè)有一個(gè)所述第一基板地依次間隔排布，相鄰的第一基板和第二基板之間設(shè)有固定所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的填充材料。
[0057]較佳的是，所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)和所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)是由導(dǎo)電材料制成的具有一定幾何圖形的平面或立體結(jié)構(gòu)。
[0058]較佳的是，每個(gè)所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)或所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)包括開(kāi)口對(duì)向設(shè)置的兩個(gè)C形結(jié)構(gòu)。
[0059]較佳的是，每個(gè)所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)或所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)包括口字型結(jié)構(gòu)和位于所述口字形結(jié)構(gòu)內(nèi)相向設(shè)置的兩個(gè)T形結(jié)構(gòu)。
[0060]較佳的是，所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)和所述多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)周期性排列。
[0061]本發(fā)明還涉及一種相控陣天線系統(tǒng)，包括天線裝置陣列、設(shè)置于所述天線裝置陣列上方的寬角阻抗匹配裝置和饋電系統(tǒng)，其中，所述寬角阻抗匹配裝置包括第一基板、多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)以及多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)水平地設(shè)置在所述第一基板的一表面上，所述多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)上方或下方且大致垂直于所述第一基板；所述饋電系統(tǒng)與所述天線裝置陣列連接。
[0062]較佳的是，所述天線裝置陣列包含多個(gè)并行排布的子陣列，每個(gè)子陣列可劃分為多個(gè)天線裝置，每個(gè)天線裝置包括介質(zhì)板、兩個(gè)導(dǎo)電層以及饋電線，所述兩個(gè)導(dǎo)電層分別設(shè)置于所述介質(zhì)板的兩相對(duì)表面上。
[0063]較佳的是，所述導(dǎo)電層上端呈漸變槽線形狀，且從所述導(dǎo)電層的上端開(kāi)設(shè)有與所述介質(zhì)板的側(cè)邊大致平行的矩形槽，所述饋電線設(shè)置于所述介質(zhì)板中；所述饋電系統(tǒng)與所述饋電線連接。
[0064]較佳的是，所述饋電系統(tǒng)包括功率分配/相加網(wǎng)絡(luò)、移相器和收發(fā)開(kāi)關(guān)。
[0065]較佳的是，所述相控陣天線系統(tǒng)還包括外殼，所述天線裝置陣列和寬角阻抗匹配裝置均位于所述外殼內(nèi)。
[0066]較佳的是，所述相控陣天線系統(tǒng)為飛行器、機(jī)動(dòng)車(chē)、船、雷達(dá)或衛(wèi)星。
[0067]根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的寬角阻抗匹配裝置能起到以下有益技術(shù)效果:減少掃描盲點(diǎn)對(duì)要求頻帶的影響，實(shí)現(xiàn)相控陣寬帶寬角掃描阻抗匹配，從而提高大角度掃描增益，擴(kuò)展掃描空域，提升天線掃描性能。因此，具有該寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線系統(tǒng)具有更好地掃描角度和增益。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0068]圖1示出了本發(fā)明一實(shí)施方式的相控陣天線設(shè)備的立體示意圖。
[0069]圖2示出了用于本發(fā)明一實(shí)施方式的相控陣天線設(shè)備的寬角阻抗匹配裝置的放大立體示意圖。
[0070]圖3 (a)示出了水平超材料微結(jié)構(gòu)單元的示意圖。
[0071]圖3 (b)示出了豎直超材料微結(jié)構(gòu)單元的示意圖。
[0072]圖4 (a)示出了未設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線設(shè)備的E面掃描駐波比與掃描角度關(guān)系曲線圖。
[0073]圖4 (b)示出了未設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線設(shè)備的H面掃描駐波比與掃描角度關(guān)系曲線圖。
[0074]圖5 (a)示出了設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線設(shè)備的E面掃描駐波比與掃描角度關(guān)系曲線圖。
[0075]圖5 (b)示出了設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線設(shè)備的H面掃描駐波比與掃描角度關(guān)系曲線圖。
[0076]圖6示出了本發(fā)明一實(shí)施方式的相控陣天線設(shè)備的天線裝置的分解立體圖。
[0077]圖7 (a)示出了具有各種矩形槽寬度LW的天線裝置與未設(shè)有矩形槽的天線裝置、在E面60度掃描時(shí)反射系數(shù)與頻率的關(guān)系曲線圖。
[0078]圖7 (b)示出了具有各種矩形槽長(zhǎng)度LS的天線裝置與未設(shè)有矩形槽的天線裝置、在E面60度掃描時(shí)反射系數(shù)與頻率的關(guān)系曲線圖。
[0079]圖7 (c)示出了具有各種矩形槽邊界距離LD的天線裝置與未設(shè)有矩形槽的天線裝置、在E面60度掃描時(shí)反射系數(shù)與頻率的關(guān)系曲線圖。
[0080]圖8示出了本發(fā)明一實(shí)施方式的相控陣天線設(shè)備的天線裝置的分解立體圖，其中，反射板離天線底部的距離為L(zhǎng)G。
[0081]圖9 Ca)示出了 LG = Omm時(shí)的開(kāi)槽天線裝置與未設(shè)有矩形槽且反射板在天線底部的天線裝置、在E面60度掃描時(shí)反射系數(shù)與頻率的關(guān)系曲線圖。
[0082]圖9 (b)示出了 LG = 5mm時(shí)的開(kāi)槽天線裝置與未設(shè)有矩形槽且反射板在天線底部的天線裝置、在E面60度掃描時(shí)反射系數(shù)與頻率的關(guān)系曲線圖。
[0083]圖9 (C)示出了 LG = 1mm時(shí)的開(kāi)槽天線裝置與未設(shè)有矩形槽且反射板在天線底部的天線裝置、在E面60度掃描時(shí)反射系數(shù)與頻率的關(guān)系曲線圖。
[0084]圖9 (d)示出了 LG = 14mm時(shí)的開(kāi)槽天線裝置與未設(shè)有矩形槽且反射板在天線底部的天線裝置、在E面60度掃描時(shí)反射系數(shù)與頻率的關(guān)系曲線圖。
[0085]圖9 (e)示出了 LG = 17mm時(shí)的開(kāi)槽天線裝置與未設(shè)有矩形槽且反射板在天線底部的天線裝置、在E面60度掃描時(shí)反射系數(shù)與頻率的關(guān)系曲線圖。
[0086]圖10示出了本發(fā)明一實(shí)施方式的相控陣天線設(shè)備的天線裝置的分解立體圖，其中，在天線裝置的介質(zhì)板的底邊附近設(shè)置吸波材料。
[0087]圖11 (a)示出了設(shè)有矩形槽和吸波材料的天線裝置與未設(shè)有矩形槽和吸波材料的天線裝置的、在E面45度掃描時(shí)反射系數(shù)與頻率的關(guān)系曲線圖。
[0088]圖11 (b)示出了設(shè)有矩形槽和吸波材料的天線裝置與未設(shè)有矩形槽和吸波材料的天線裝置的、在E面60度掃描時(shí)反射系數(shù)與頻率的關(guān)系曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0089]下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0090]圖1示出了本發(fā)明一實(shí)施方式的相控陣天線設(shè)備的立體示意圖。該相控陣天線設(shè)備包括天線裝置陣列201和設(shè)置于天線裝置陣列201上方的寬角阻抗匹配裝置。為了更清楚地看到相控陣天線設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)成，在圖1中僅示出了部分的天線裝置陣列201和寬角阻抗匹配裝置，從而避免設(shè)置于天線裝置陣列201上方的寬角阻抗匹配裝置蓋住天線裝置陣列201而無(wú)法看到天線裝置陣列201。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，寬角阻抗匹配裝置設(shè)置于天線裝置陣列201上方，較佳地設(shè)置于天線裝置陣列201正上方。此外，天線裝置陣列201可以設(shè)置在母板202上。該母板202較佳地是金屬母板。
[0091]圖2示出了用于本發(fā)明一實(shí)施方式的相控陣天線設(shè)備的寬角阻抗匹配裝置的放大立體示意圖，其中，省略了寬角阻抗匹配裝置中的上基板的左側(cè)部分以及覆蓋在豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)104下面的水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)102，從而更清楚地顯示位于上基板左側(cè)部分下方的各個(gè)部件，尤其是豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)104。該寬角阻抗匹配裝置包括:上基板105，也稱(chēng)第二基板；下基板101，也稱(chēng)第一基板；填充材料103，該填充材料填充于上基板105和下基板101之間；多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)102，多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)水平地設(shè)置(例如通過(guò)刻蝕等加工方式)在下基板101的上表面上；以及多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)104，多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)104鑲嵌、焊接或粘接于填充材料103內(nèi)且排列成大致垂直于上基板105和下基板101。每個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的正上方或正下方分別對(duì)應(yīng)有一個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)。
[0092]雖然在圖2所示的寬角阻抗匹配裝置中，多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置在多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)上方，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)也可以設(shè)置在多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)下方。
[0093]較佳的是，填充材料103與上基板105和下基板101緊密接觸。填充材料103例如可以是泡沫填充材料。
[0094]雖然在圖2所示的寬角阻抗匹配裝置中，示出了上基板105和下基板101，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，上基板105主要起到保護(hù)導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的作用，也可省略上基板105。
[0095]雖然在圖2所示的寬角阻抗匹配裝置中，示出了填充材料103，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，也可省略填充材料103，而將多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)直接設(shè)置在多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)上方或下方。
[0096]另外，下基板101可以有多個(gè)，多個(gè)下基板101依次從下往上以一定間距地堆疊，每個(gè)下基板101 —表面上設(shè)置有多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，并有對(duì)應(yīng)多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)大致垂直于下基板101地設(shè)置在下基板101表面上。
[0097]當(dāng)然，也可有多個(gè)下基板101和多個(gè)上基板105，且以每?jī)蓚€(gè)下基板101之間設(shè)有一個(gè)上基板105、每?jī)蓚€(gè)上基板105之間設(shè)有一個(gè)下基板101地依次平行地間隔排布,相鄰的上基板105和下基板101之間設(shè)有固定豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的填充材料。
[0098]進(jìn)一步地，也可將上基板105、下基板101以及填充于上基板105和下基板101之間的填充材料共同構(gòu)成一個(gè)阻抗匹配層，本發(fā)明的寬角阻抗匹配裝置由多個(gè)這樣的阻抗匹配層堆疊而成。
[0099]導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)(水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)102和豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)104)是由導(dǎo)電材料制成的具有一定幾何圖形的平面或立體結(jié)構(gòu)。水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)102和豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)104都可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成特定形狀。例如，水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)102的形狀可如圖3 (a)所示，即，呈開(kāi)口對(duì)向設(shè)置的雙C形結(jié)構(gòu)；豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)104的形狀可如圖3 (b)所示，即，包括外圍口字形結(jié)構(gòu)和中央橫邊對(duì)向設(shè)置的雙T形結(jié)構(gòu)。
[0100]雖然在圖2所示的寬角阻抗匹配裝置中，水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)102和豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)104都是單層導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)102或豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)104可以是多層導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)。
[0101]較佳的是，多個(gè)水平或豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)可以按照矩形周期或三角形周期排列。所謂“矩形周期排列”是指某列導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中的每個(gè)導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)與相鄰列導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中的每個(gè)導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)相互對(duì)齊。所謂“三角形周期排列”是指某列導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中的每個(gè)導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)與相鄰列導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中的每個(gè)導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)相互錯(cuò)開(kāi)一定距離，“三角形周期排列”也可稱(chēng)為“平行四邊形周界排列”。
[0102]以上描述了寬角阻抗匹配裝置的基本結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，該基本結(jié)構(gòu)也可組合疊加成多層，層疊設(shè)置于天線裝置陣列201上方，使得天線的掃描性能會(huì)有更大提升，只是需要犧牲寬角阻抗匹配裝置的厚度和重量。
[0103]由于寬角阻抗匹配裝置既包含水平排列的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，又包含豎直排列的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)可以等效為很多電容電感，可以從三維方向?qū)﹄姶挪ㄏ辔贿M(jìn)行很好的調(diào)制，可以減小因?yàn)閽呙杞嵌仍黾佣鴮?dǎo)致的阻抗失配，從而達(dá)到寬角阻抗匹配的目的。
[0104]相控陣天線設(shè)備中的天線裝置陣列中的每個(gè)天線裝置可以是Vivaldi天線裝置、偶極子天線裝置、波導(dǎo)天線裝置、縫隙天線裝置、或微帶天線裝置。
[0105]實(shí)施例1
[0106]對(duì)未設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線設(shè)備和設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線設(shè)備進(jìn)行了比較測(cè)試。具體地說(shuō)，圖4(a)示出了未設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線設(shè)備的E面掃描駐波比與掃描角度關(guān)系曲線圖。圖4 (b)示出了未設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線設(shè)備的H面掃描駐波比與掃描角度關(guān)系曲線圖。圖5 (a)示出了設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線設(shè)備的E面掃描駐波比與掃描角度關(guān)系曲線圖。圖5 (b)示出了設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線設(shè)備的H面掃描駐波比與掃描角度關(guān)系曲線圖。
[0107]需要注意的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，E面通常是指與電場(chǎng)方向平行的切面，H面通常是指與電場(chǎng)方向垂直的切面。
[0108]實(shí)施例1采用vivaldi天線裝置,按特定間距組成陣列，工作于8GHz_12GHz波段，其相控陣天線設(shè)備示意圖可如圖1所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，圖1中的寬角阻抗匹配裝置可根據(jù)以下測(cè)試要求而設(shè)置或不設(shè)置。
[0109]在未設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的情況下，其E面掃描駐波比與掃描角度關(guān)系曲線圖如圖4 (a)所示，可以看出，隨著掃描角度增加，駐波比變大，掃描到60度時(shí)，在大于約9.8GHz的波段處，駐波比都在2以上，峰值駐波比甚至高達(dá)約200 ;掃描到70度時(shí)，全部頻段駐波比都在2以上。其H面掃描駐波比與掃描角度關(guān)系曲線圖如圖4 (b)所示，可以看出，隨著掃描角度增加，駐波比變大，掃描到60度時(shí)，全部頻段駐波比都在2以上；掃描到70度時(shí)，全部頻段駐波比都在4以上。(注:為了清楚示出未設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的情況下的駐波比，圖4 Ca)和圖4 (b)中的縱坐標(biāo)均為對(duì)數(shù)坐標(biāo))。
[0110]在設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的情況下，該用于相控陣天線設(shè)備的寬角阻抗匹配裝置的具體尺寸參數(shù)和設(shè)置情況如下，寬角阻抗匹配裝置的上基板和下基板的尺寸為6.4mm*6.4mm*0.5mm。豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)垂直于E面排列，位于E面兩相鄰天線中間附近，和天線陣面按照相同的間距和周期排布，寬角阻抗匹配裝置緊靠天線陣面。其E面掃描駐波比與掃描角度關(guān)系曲線圖如圖5 (a)所示，可以看出，掃描到60度時(shí)，大部分頻段駐波比都在2以下，只有高頻處(接近約12GHz處)駐波比超過(guò)2 ;掃描到70度時(shí)，大部分頻段駐波比仍都在2以下，只有高頻處(大于約11.4GHz處)駐波比超過(guò)2。其H面掃描駐波比與掃描角度關(guān)系曲線圖如圖5 (b)所示，可以看出，掃描到60度時(shí)，大部分頻段駐波比都在2以下，只有高頻處(大于約11.5GHz處)駐波比超過(guò)2 ;掃描到70度時(shí)，大部分頻段駐波比仍都在2以下，只有高頻處(大于約11.6GHz處)駐波比超過(guò)2。
[0111]因此，設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線設(shè)備與未設(shè)有寬角阻抗匹配裝置的相控陣天線設(shè)備相比，擴(kuò)展了掃描范圍，提升了掃描性能。
[0112]通過(guò)在相控陣天線設(shè)備中加載(設(shè)置)寬角阻抗匹配裝置，實(shí)現(xiàn)寬帶寬角匹配，在8GHz-12GHz的整個(gè)波段基本實(shí)現(xiàn)E面和H面±70度掃描。
[0113]用于相控陣天線設(shè)備的天線裝置陣列201包含多個(gè)并行排布的子陣列，每個(gè)子陣列可劃分為多個(gè)天線裝置。天線裝置子陣列在制作時(shí)是整片制作的，因此在物理上通常不分離，如圖1所示，一列列子陣列平行放置。若對(duì)天線裝置子陣列進(jìn)行人為劃分，則可得到若干個(gè)如圖6、8或10所示的天線裝置。
[0114]本實(shí)施例中，水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)和豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)均為矩形陣列排布。每個(gè)子陣列上相鄰兩個(gè)天線裝置的距離與平行于介質(zhì)板表面的一列水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中連續(xù)N個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度相當(dāng)，或者與平行于所述介質(zhì)板表面的一列豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中N’個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度相當(dāng)，N、N’為大于等于2的自然數(shù)。
[0115]類(lèi)似地，相鄰兩個(gè)子陣列的距離與垂直于介質(zhì)板表面的一行水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中連續(xù)M個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度相當(dāng)，或者與垂直于介質(zhì)板表面的一列豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中M’個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度相當(dāng)，M、M’為大于等于2的自然數(shù)。
[0116]每個(gè)天線裝置的具體結(jié)構(gòu)可如圖6所示。為了更清楚的說(shuō)明天線裝置的結(jié)構(gòu)，這里用爆炸圖進(jìn)行示意。天線裝置包括:介質(zhì)板10 ;兩個(gè)導(dǎo)電層11、11，兩個(gè)導(dǎo)電層分別設(shè)置于介質(zhì)板10的正面和背面(即，介質(zhì)板10的兩相對(duì)表面)上，導(dǎo)電層11上端呈漸變槽線形狀，且從導(dǎo)電層11、11的上端開(kāi)設(shè)(例如通過(guò)刻蝕等加工方式)有與介質(zhì)板10的側(cè)邊大致平行的矩形槽14 ;饋電線12，該饋電線設(shè)置于介質(zhì)板10中；以及反射板13，該反射板13設(shè)置成與介質(zhì)板10大致垂直且與介質(zhì)板10的底邊大致平行。
[0117]每個(gè)天線裝置還包括諧振腔，諧振腔位于漸變槽線的最窄處且與所述漸變槽線相連接(圖6、8、10導(dǎo)電層的圓形區(qū)域)。反射板13能離開(kāi)介質(zhì)板10的底邊上移，且反射板13的上移位置不超過(guò)諧振腔。
[0118]還需注意的是，倘若圖1中用于支承天線裝置陣列201的母板202是金屬板，那么已經(jīng)保證了天線裝置之間的電連接，反射板13就無(wú)需將天線裝置電連接，也即無(wú)需充滿各個(gè)天線裝置之間的間隙；倘若母板202未實(shí)現(xiàn)天線裝置之間的電連接，則需反射板13來(lái)實(shí)現(xiàn)，即反射板13需充滿各個(gè)天線裝置之間的間隙。
[0119]較佳的是，所述漸變槽線是雙指數(shù)漸變槽線。
[0120]矩形槽14具有長(zhǎng)度LS和寬度LW。矩形槽14離開(kāi)介質(zhì)板10的側(cè)邊的距離為L(zhǎng)D，下文中為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，也可將矩形槽14離開(kāi)介質(zhì)板10的側(cè)邊的距離稱(chēng)為邊界距離LD。
[0121]當(dāng)該天線裝置按某種方式組成陣列天線時(shí)，漸變槽線導(dǎo)電層上開(kāi)設(shè)的矩形槽可將某兩類(lèi)掃描盲點(diǎn)A和B移向更高頻率，從而擴(kuò)展了頻帶和掃描范圍，同時(shí)減弱了帶外盲點(diǎn)對(duì)帶內(nèi)駐波的影響，提升陣列天線的掃描性能。
[0122]由于對(duì)導(dǎo)電層開(kāi)槽，改變了天線表面電流分布，同時(shí)相當(dāng)于附加了個(gè)電容，影響了諧振頻率，使得隨掃描角度增加而向帶內(nèi)移動(dòng)的全反射點(diǎn)向高頻移動(dòng)，進(jìn)而擴(kuò)展了帶寬和掃描范圍。
[0123]較佳的是，介質(zhì)板10的厚度例如可以為1.5mm ;介質(zhì)板10的介電常數(shù)例如可以為2-3。
[0124]較佳的是，導(dǎo)電層11為金屬層，例如為銅覆層或鋁覆層。
[0125]較佳的是，饋電線12由銅或鋁制成。
[0126]較佳的是，矩形槽14開(kāi)設(shè)于介質(zhì)板10的一個(gè)側(cè)邊附近或兩個(gè)側(cè)邊附近。
[0127]發(fā)明人對(duì)具備各種矩形槽長(zhǎng)度LS、寬度LW和邊界距離LD的天線裝置進(jìn)行了性能測(cè)試。
[0128]實(shí)施例2 (a):
[0129]天線裝置的兩層導(dǎo)電層上端，分別對(duì)稱(chēng)地開(kāi)設(shè)了兩條矩形槽14，矩形槽長(zhǎng)度為L(zhǎng)S=12mm，矩形槽邊界距離為L(zhǎng)D=0.5mm,改變矩形槽寬度LW，即矩形槽寬度LW分別為0.15mm、0.2mm、0.5mm、1.4mm和2mm,并將具有各種矩形槽寬度LW的天線裝置與未設(shè)有矩形槽的天線裝置(即，LS = Omm7Lff = Omm)進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)該天線裝置按特定方式組成陣列時(shí)，用CST軟件(可從德國(guó)CST公司購(gòu)得)周期邊界條件仿真，E面60度掃描時(shí)其有源反射系數(shù)如圖7 (a)所示，觀察兩個(gè)全反射頻點(diǎn)A和B的位置。全反射頻點(diǎn)A基本不隨著矩形槽寬度變化，全反射頻點(diǎn)B隨著矩形槽寬度增加向高頻移動(dòng)。尤其相對(duì)于未設(shè)有矩形槽的天線裝置，當(dāng)矩形槽寬度增大到1.4mm時(shí)，全反射頻點(diǎn)B向高頻移動(dòng)了約0.9GHz，當(dāng)矩形槽寬度增大到2mm時(shí)，全反射頻點(diǎn)B向高頻移動(dòng)了約1GHz。
[0130]根據(jù)以上可知，矩形槽的寬度可以是0.15mm-2mm。為了獲得更好的技術(shù)效果，進(jìn)一步擴(kuò)展帶寬和掃描范圍，矩形槽的寬度較佳地是1.4mm-2mm。
[0131]實(shí)施例2(b):
[0132]天線裝置的兩層導(dǎo)電層上端，分別對(duì)稱(chēng)地開(kāi)設(shè)了兩條矩形槽14，矩形槽寬度為L(zhǎng)ff=0.8mm，矩形槽邊界距離為L(zhǎng)D=0.5mm,改變矩形槽長(zhǎng)度LS，即矩形槽長(zhǎng)度LS分別為10mm、12mm和14mm，并將具有各種矩形槽長(zhǎng)度LS的天線裝置與未設(shè)有矩形槽的天線裝置(即，LS=0mm, Lff = Omm)進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)該天線裝置按特定方式組成陣列時(shí)，用CST軟件周期邊界條件仿真，E面60度掃描時(shí)其有源反射系數(shù)如圖7 (b)所示，觀察兩個(gè)全反射頻點(diǎn)A和B的位置。全反射頻點(diǎn)A基本不隨著矩形槽長(zhǎng)度變化，全反射頻點(diǎn)B隨著矩形槽長(zhǎng)度增加向高頻移動(dòng)。尤其相對(duì)于未設(shè)有矩形槽的天線裝置，具有各種矩形槽長(zhǎng)度LS的天線裝置的全反射頻點(diǎn)B普遍向高頻移動(dòng)了 0.3GHz以上。
[0133]根據(jù)以上可知，矩形槽的長(zhǎng)度可以是I Omm-14mm。
[0134]實(shí)施例2 (c):
[0135]天線裝置的兩層導(dǎo)電層上端，分別對(duì)稱(chēng)地開(kāi)設(shè)了兩條矩形槽14，矩形槽長(zhǎng)度為L(zhǎng)S=12mm,矩形槽寬度為L(zhǎng)W=0.8mm,改變矩形槽邊界距離LD即矩形槽邊界距離LD分別為0mm、0.2mm和0.5mm,并將具有各種矩形槽邊界距離LD的天線裝置與未設(shè)有矩形槽的天線裝置(B卩，LS = 0mm,Lff = Omm)進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)該天線裝置按特定方式組成陣列時(shí)，用CST軟件周期邊界條件仿真，E面60度掃描時(shí)其有源反射系數(shù)如圖7 (c)所示，觀察兩個(gè)全反射頻點(diǎn)A和B的位置。全反射頻點(diǎn)A位置基本不隨著矩形槽邊界距離變化，相比于未設(shè)有矩形槽的天線裝置，全反射頻點(diǎn)B向高頻移動(dòng)了約0.5GHz，但全反射頻點(diǎn)B的位置在邊界距離為0-0.5mm的取值范圍內(nèi)基本不隨著邊界距離改變而變化。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，即使將矩形槽邊界距離LD增大至大于0.5mm，仍能取得較好的技術(shù)效果。當(dāng)然，考慮到通常的天線裝置及其介質(zhì)板的尺寸，矩形槽邊界距離LD —般不大于1.5_。
[0136]根據(jù)以上可知，矩形槽離開(kāi)介質(zhì)板的側(cè)邊的距離可以是Omm-1.5mm。
[0137]本發(fā)明還研究了天線裝置中的反射板13的位置對(duì)于天線掃描性能的影響。保持導(dǎo)電層的矩形槽的形狀和尺寸不變，調(diào)整反射板位置，即調(diào)整反射板離天線底部的距離LG，如圖8所示。較佳的是，反射板13是金屬反射板，例如由銅或鋁制成。反射板13可以是整片金屬反射板，也可以是部分區(qū)域設(shè)有金屬的反射板。
[0138]隨著金屬反射板離天線底部(即，離介質(zhì)板底邊)距離LG增加，盲點(diǎn)A和B不斷向高頻移動(dòng)，直至移出12GHz以外，從而擴(kuò)展了頻帶和掃描范圍，同時(shí)減弱了帶外盲點(diǎn)對(duì)帶內(nèi)駐波的影響，提升陣列天線的掃描性能。
[0139]實(shí)施例3 (a):
[0140]天線裝置的兩層導(dǎo)電層上端，分別對(duì)稱(chēng)地開(kāi)設(shè)了兩條矩形槽14，其矩形槽尺寸為矩形槽寬度LW=0.8mm,矩形槽長(zhǎng)度LS=12mm，矩形槽邊界距離為L(zhǎng)D=0.5mm。反射板離天線底部距離LG為0_。當(dāng)該天線裝置按特定方式組成陣列時(shí)，用CST軟件周期邊界條件仿真，其E面60度掃描組陣后仿真結(jié)果，與未開(kāi)設(shè)矩形槽、反射板在天線底部(即，Lff = 0mm, LG= Omm)的天線組陣仿真反射系數(shù)結(jié)果比較如圖9 (a)所示。有矩形槽天線陣列的兩個(gè)全反射頻點(diǎn)A和B，比沒(méi)有矩形槽天線陣列的兩個(gè)全反射頻點(diǎn)向高頻移動(dòng)了。全反射頻點(diǎn)A移動(dòng)了大約0.15GHz，全反射頻點(diǎn)B移動(dòng)了大約0.62GHz。
[0141]實(shí)施例3(b):
[0142]天線裝置的兩層導(dǎo)電層上端左側(cè)，分別對(duì)稱(chēng)地開(kāi)設(shè)了兩條矩形槽14，其矩形槽尺寸為矩形槽寬度LW=0.8mm,矩形槽長(zhǎng)度LS=12mm，矩形槽邊界距離為L(zhǎng)D=0.5mm。反射板離天線底部距離LG為5_。當(dāng)該天線裝置按特定方式組成陣列時(shí)，用CST軟件周期邊界條件仿真，其E面60度掃描組陣后仿真結(jié)果，與未開(kāi)設(shè)矩形槽、反射板在天線底部(即，Lff = Omm,LG = Omm)的天線組陣仿真反射系數(shù)結(jié)果比較如圖9 (b)所示。有矩形槽天線陣列的兩個(gè)全反射頻點(diǎn)A和B，比沒(méi)有矩形槽天線陣列的兩個(gè)全反射頻點(diǎn)向高頻移動(dòng)了。全反射頻點(diǎn)A移動(dòng)了大約0.59GHz，全反射頻點(diǎn)B移動(dòng)了大約0.70GHz。
[0143]實(shí)施例3 (c):
[0144]天線裝置的兩層導(dǎo)電層上端左側(cè)，分別對(duì)稱(chēng)地開(kāi)設(shè)了兩條矩形槽14，其矩形槽尺寸為矩形槽寬度LW=0.8mm,矩形槽長(zhǎng)度LS=12mm，矩形槽邊界距離為L(zhǎng)D=0.5mm。反射板離天線底部距離LG為10mm。當(dāng)該天線裝置按特定方式組成陣列時(shí)，用CST軟件周期邊界條件仿真，其E面60度掃描組陣后仿真結(jié)果，與未開(kāi)設(shè)矩形槽、反射板在天線底部(即，Lff = Omm,LG = Omm)的天線組陣仿真反射系數(shù)結(jié)果比較如圖9 (c)所示。有矩形槽天線陣列的兩個(gè)全反射頻點(diǎn)A和B，比沒(méi)有矩形槽天線陣列的兩個(gè)全反射頻點(diǎn)向高頻移動(dòng)了。全反射頻點(diǎn)A移動(dòng)了大約1.33GHz，全反射頻點(diǎn)B移動(dòng)了大約1.0lGHz0
[0145]實(shí)施例3(d):
[0146]天線裝置的兩層導(dǎo)電層上端左側(cè)，分別對(duì)稱(chēng)地開(kāi)設(shè)了兩條矩形槽14，其矩形槽尺寸為矩形槽寬度LW=0.8mm,矩形槽長(zhǎng)度LS=12mm，矩形槽邊界距離為L(zhǎng)D=0.5mm。反射板離天線底部距離LG為14_。當(dāng)該天線裝置按特定方式組成陣列時(shí)，用CST軟件周期邊界條件仿真，其E面60度掃描組陣后仿真結(jié)果，與未開(kāi)設(shè)矩形槽、反射板在天線底部(即，Lff = Omm,LG = Omm)的天線組陣仿真反射系數(shù)結(jié)果比較如圖9 (d)所示。有矩形槽天線陣列的兩個(gè)全反射頻點(diǎn)A和B，比沒(méi)有矩形槽天線陣列的兩個(gè)全反射頻點(diǎn)向高頻移動(dòng)了。全反射頻點(diǎn)A移動(dòng)了大約1.90GHz，全反射頻點(diǎn)B移動(dòng)了大約1.45GHz。
[0147]實(shí)施例3(e):
[0148]天線裝置的兩層導(dǎo)電層上端左側(cè)，分別對(duì)稱(chēng)地開(kāi)設(shè)了兩條矩形槽14，其矩形槽尺寸為矩形槽寬度LW=0.8mm,矩形槽長(zhǎng)度LS=12mm，矩形槽邊界距離為L(zhǎng)D=0.5mm。反射板離天線底部距離LG為17_。當(dāng)該天線裝置按特定方式組成陣列時(shí)，用CST軟件周期邊界條件仿真，其E面60度掃描組陣后仿真結(jié)果，與未開(kāi)設(shè)矩形槽、反射板在天線底部(即，Lff = Omm,LG = Omm)的天線組陣仿真反射系數(shù)結(jié)果比較如圖9 (e)所示。有矩形槽天線陣列的兩個(gè)全反射頻點(diǎn)A和B，比沒(méi)有矩形槽天線陣列的兩個(gè)全反射頻點(diǎn)向高頻移動(dòng)了。全反射頻點(diǎn)A移動(dòng)了大約2.10GHz，全反射頻點(diǎn)B移動(dòng)了至少2GHz以上，盲點(diǎn)不再可以清晰辨識(shí)。
[0149]根據(jù)以上可知，反射板離介質(zhì)板底邊的距離LG可以為0_17mm。隨著反射板離介質(zhì)板底邊的距離LG的增加，天線E面掃描時(shí)，高頻盲點(diǎn)向更高頻率移動(dòng)。
[0150]為了進(jìn)一步改進(jìn)天線掃描性能，還可考慮在天線裝置的介質(zhì)板11的底邊附近設(shè)置吸波材料15，如圖10所示。
[0151]本發(fā)明還研究了天線裝置中設(shè)置吸波材料對(duì)于天線掃描性能的影響。
[0152]實(shí)施例4
[0153]如圖10所示，天線裝置導(dǎo)電層上端左側(cè)，前后對(duì)稱(chēng)地開(kāi)設(shè)了兩條矩形槽14，其矩形槽尺寸為矩形槽寬度LW=0.8mm,矩形槽長(zhǎng)度LS=12mm，矩形槽邊界距離為L(zhǎng)D=0.5mm。吸波材料15設(shè)置在天線裝置的介質(zhì)板11的底邊附近。吸波材料15的厚度為10_。反射板的厚度為2_。該天線裝置按照三角方式組陣。仿真方法為周期邊界仿真。仿真結(jié)果如圖11(a)和11 (b)所示，且將設(shè)有矩形槽和吸波材料的天線裝置與未設(shè)有矩形槽和吸波材料的天線裝置作比較。
[0154]對(duì)于未設(shè)有矩形槽和吸波材料的天線裝置，當(dāng)掃描到45度時(shí)，如圖11 (a)所示，在11.7GHz左右的波段處出現(xiàn)一個(gè)全反射點(diǎn)，標(biāo)為A類(lèi)掃描盲點(diǎn)。同時(shí)在約13GHz左右的波段處存在另一個(gè)全反射點(diǎn)，標(biāo)為B類(lèi)掃描盲點(diǎn)。當(dāng)掃描到60度時(shí)，如圖11(b)所示，A類(lèi)和B類(lèi)掃描盲點(diǎn)都向低頻移動(dòng)了約IGHz。
[0155]在對(duì)天線裝置開(kāi)槽及底部加設(shè)吸波材料之后，即對(duì)于設(shè)有矩形槽和吸波材料的天線裝置，如圖11 (a)和11 (b)所示，可以很明顯發(fā)現(xiàn)，A類(lèi)掃描盲點(diǎn)被很好地消除，B類(lèi)掃描盲點(diǎn)遠(yuǎn)離12GHz，尤其是60度掃描時(shí)，B類(lèi)掃描盲點(diǎn)位于13GHz左右?？梢悦黠@看到，在8-12GHZ全X波段，當(dāng)掃描到60度時(shí)，帶內(nèi)都不存在掃描盲點(diǎn)，極大地?cái)U(kuò)展了天線陣的掃描范圍。這里的8-12GHZ頻段僅為示例，采用本發(fā)明的技術(shù)思路，還可以適用于其它頻段，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0156]最后，本發(fā)明還保護(hù)一種相控陣天線系統(tǒng)，例如飛行器、機(jī)動(dòng)車(chē)、船、雷達(dá)或衛(wèi)星等，該系統(tǒng)包括上述的天線裝置陣列、設(shè)置于上述天線裝置陣列上方的寬角阻抗匹配裝置、饋電系統(tǒng)，其中，已知饋電線設(shè)置于所述介質(zhì)板中并與兩個(gè)導(dǎo)電層電連接，饋電系統(tǒng)則與饋電線連接。這里的饋電系統(tǒng)包括功率分配/相加網(wǎng)絡(luò)、移相器、收發(fā)開(kāi)關(guān)以及其他用來(lái)調(diào)制天線裝置陣列的各個(gè)天線裝置的角度、相位的器件。相控陣天線系統(tǒng)還可包括外殼，所述天線裝置陣列和寬角阻抗匹配裝置均位于所述外殼內(nèi)。
[0157]以上對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，上述【具體實(shí)施方式】并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在以上公開(kāi)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行多種修改，而不超出本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種相控陣天線設(shè)備，其特征在于，包括天線裝置陣列和設(shè)置于所述天線裝置陣列上方的寬角阻抗匹配裝置，其中，所述寬角阻抗匹配裝置包括: 第一基板； 多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)水平地設(shè)置在所述第一基板的一表面上；以及 多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)上方或下方且大致垂直于所述第一基板。
2.如權(quán)利要求1所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的正上方或正下方分別對(duì)應(yīng)有一個(gè)所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述寬角阻抗匹配裝置還包括第二基板和填充材料，所述填充材料填充于所述第一基板和所述第二基板之間，所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)固定于所述填充材料上和/或內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述第一基板有多個(gè)，每個(gè)第一基板一表面上設(shè)置有多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，并有對(duì)應(yīng)多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)大致垂直于所述第一基板地設(shè)置在所述第一基板表面上。
5.如權(quán)利要求3所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述一表面設(shè)有水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的第一基板、第二基板以及填充于所述第一基板和第二基板之間固定所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的填充材料共同構(gòu)成一個(gè)阻抗匹配層，所述寬角阻抗匹配裝置由多個(gè)所述阻抗匹配層堆疊而成。
6.如權(quán)利要求3所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述第一基板和第二基板有多個(gè)，且以每?jī)蓚€(gè)所述第一基板之間設(shè)有一個(gè)所述第二基板、每?jī)蓚€(gè)所述第二基板之間設(shè)有一個(gè)所述第一基板地依次間隔排布，相鄰的第一基板和第二基板之間設(shè)有固定所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的填充材料。
7.如權(quán)利要求3所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)鑲嵌、焊接或粘接于所述填充材料內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)和所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)是由導(dǎo)電材料制成的具有一定幾何圖形的平面或立體結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)或所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)包括開(kāi)口對(duì)向設(shè)置的兩個(gè)C形結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求8所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)或所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)包括口字型結(jié)構(gòu)和位于所述口字形結(jié)構(gòu)內(nèi)相向設(shè)置的兩個(gè)T形結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求1所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述寬角阻抗匹配裝置為多個(gè)且層疊設(shè)置于所述天線裝置陣列上方。
12.如權(quán)利要求1所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)水平或豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)周期性排列。
13.如權(quán)利要求1所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述天線裝置陣列中的每個(gè)天線裝置是Vivaldi天線裝置、偶極子天線裝置、波導(dǎo)天線裝置、縫隙天線裝置、或微帶天線>J-U ρ?α裝直。
14.如權(quán)利要求1?13任一項(xiàng)所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述天線裝置陣列包含多個(gè)并行排布的子陣列，每個(gè)子陣列可劃分為多個(gè)天線裝置，每個(gè)天線裝置包括: 介質(zhì)板； 兩個(gè)導(dǎo)電層，分別設(shè)置于所述介質(zhì)板的兩相對(duì)表面上，所述導(dǎo)電層上端呈漸變槽線形狀，且從所述導(dǎo)電層的上端開(kāi)設(shè)有與所述介質(zhì)板的側(cè)邊大致平行的矩形槽； 饋電線，設(shè)置于所述介質(zhì)板中。
15.如權(quán)利要求14所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述子陣列上相鄰兩個(gè)所述天線裝置的距離與平行于所述介質(zhì)板表面的一列水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中連續(xù)N個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度相當(dāng)，或者與平行于所述介質(zhì)板表面的一列豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中N’個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度相當(dāng)，N、N’為大于等于2的自然數(shù)。
16.如權(quán)利要求14所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，相鄰兩個(gè)所述子陣列的距離與垂直于所述介質(zhì)板表面的一行水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中連續(xù)M個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度相當(dāng)，或者與垂直于所述介質(zhì)板表面的一列豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中M’個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度相當(dāng)，M、M’為大于等于2的自然數(shù)。
17.如權(quán)利要求14所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，每個(gè)天線裝置還包括反射板，所述反射板設(shè)置成與所述介質(zhì)板大致垂直且與所述介質(zhì)板的底邊大致平行。
18.如權(quán)利要求14所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，每個(gè)天線裝置還包括諧振腔，所述諧振腔位于所述漸變槽線的最窄處且與所述漸變槽線相連接。
19.如權(quán)利要求17所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述反射板設(shè)置于所述諧振腔和所述介質(zhì)板的底邊之間。
20.如權(quán)利要求14所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述天線裝置還包括吸波材料，所述吸波材料設(shè)置在所述介質(zhì)板的底邊附近。
21.如權(quán)利要求14所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述漸變槽線是雙指數(shù)漸變槽線。
22.如權(quán)利要求14所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)電層為金屬層。
23.如權(quán)利要求14?19任一項(xiàng)所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述反射板是金屬反射板。
24.如權(quán)利要求14所述的相控陣天線設(shè)備，其特征在于，所述矩形槽為至少一個(gè)，開(kāi)設(shè)于所述介質(zhì)板的一個(gè)側(cè)邊附近或兩個(gè)側(cè)邊附近。
25.一種用于相控陣天線設(shè)備的寬角阻抗匹配裝置，包括: 第一基板； 多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)水平地設(shè)置在所述第一基板的一表面上；以及 多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)上方或下方且排列成大致垂直于所述第一基板。
26.如權(quán)利要求25所述的寬角阻抗匹配裝置，其特征在于，每個(gè)所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的正上方或正下方分別對(duì)應(yīng)有一個(gè)所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)。
27.如權(quán)利要求25所述的寬角阻抗匹配裝置，其特征在于，所述寬角阻抗匹配裝置還包括第二基板和填充材料，所述填充材料填充于所述第一基板和所述第二基板之間，所述多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)固定于所述填充材料內(nèi)。
28.如權(quán)利要求25所述的寬角阻抗匹配裝置，其特征在于，所述第一基板有多個(gè)，每個(gè)第一基板一表面上設(shè)置有多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，并有對(duì)應(yīng)多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)大致垂直于所述第一基板地設(shè)置在所述第一基板表面上。
29.如權(quán)利要求27所述的寬角阻抗匹配裝置，其特征在于，所述一表面設(shè)有水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的第一基板、第二基板以及填充于所述第一基板和第二基板之間固定所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的填充材料共同構(gòu)成一個(gè)阻抗匹配層，所述寬角阻抗匹配裝置由多個(gè)所述阻抗匹配層堆疊而成。
30.如權(quán)利要求27所述的寬角阻抗匹配裝置，其特征在于，所述第一基板和第二基板有多個(gè)，且以每?jī)蓚€(gè)所述第一基板之間設(shè)有一個(gè)所述第二基板、每?jī)蓚€(gè)所述第二基板之間設(shè)有一個(gè)所述第一基板地依次間隔排布，相鄰的第一基板和第二基板之間設(shè)有固定所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的填充材料。
31.如權(quán)利要求25所述的寬角阻抗匹配裝置，其特征在于，所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)和所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)是由導(dǎo)電材料制成的具有一定幾何圖形的平面或立體結(jié)構(gòu)。
32.如權(quán)利要求31所述的寬角阻抗匹配裝置，其特征在于，每個(gè)所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)或所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)包括開(kāi)口對(duì)向設(shè)置的兩個(gè)C形結(jié)構(gòu)。
33.如權(quán)利要求31所述的寬角阻抗匹配裝置，其特征在于，每個(gè)所述水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)或所述豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)包括口字型結(jié)構(gòu)和位于所述口字形結(jié)構(gòu)內(nèi)相向設(shè)置的兩個(gè)T形結(jié)構(gòu)。
34.如權(quán)利要求25所述的寬角阻抗匹配裝置，其特征在于，所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)和所述多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)周期性排列。
35.一種相控陣天線系統(tǒng)，其特征在于，包括天線裝置陣列、設(shè)置于所述天線裝置陣列上方的寬角阻抗匹配裝置和饋電系統(tǒng)，其中， 所述寬角阻抗匹配裝置包括第一基板、多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)以及多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)水平地設(shè)置在所述第一基板的一表面上，所述多個(gè)豎直導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述多個(gè)水平導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)上方或下方且大致垂直于所述第一基板；所述饋電系統(tǒng)與所述天線裝置陣列連接。
36.如權(quán)利要求35所述的相控陣天線系統(tǒng)，其特征在于，所述天線裝置陣列包含多個(gè)并行排布的子陣列，每個(gè)子陣列可劃分為多個(gè)天線裝置，每個(gè)天線裝置包括介質(zhì)板、兩個(gè)導(dǎo)電層以及饋電線，所述兩個(gè)導(dǎo)電層分別設(shè)置于所述介質(zhì)板的兩相對(duì)表面上。
37.如權(quán)利要求36所述的相控陣天線系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)電層上端呈漸變槽線形狀，且從所述導(dǎo)電層的上端開(kāi)設(shè)有與所述介質(zhì)板的側(cè)邊大致平行的矩形槽，所述饋電線設(shè)置于所述介質(zhì)板中；所述饋電系統(tǒng)與所述饋電線連接。
38.如權(quán)利要求35所述的相控陣天線系統(tǒng)，其特征在于，所述饋電系統(tǒng)包括功率分配/相加網(wǎng)絡(luò)、移相器和收發(fā)開(kāi)關(guān)。
39.如權(quán)利要求35所述的相控陣天線系統(tǒng)，其特征在于，所述相控陣天線系統(tǒng)還包括外殼，所述天線裝置陣列和寬角阻抗匹配裝置均位于所述外殼內(nèi)。
40.如權(quán)利要求35所述的相控陣天線系統(tǒng)，其特征在于，所述相控陣天線系統(tǒng)為飛行器、機(jī)動(dòng)車(chē)、船、雷達(dá)或衛(wèi)星。
【文檔編號(hào)】H01Q1/36GK104377431SQ201310356398
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司