用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置，所述單元方向圖拓寬裝置包括：第一基板；以及多個豎直導電幾何結構，所述多個豎直導電幾何結構排列成大致垂直于所述第一基板；所述單元方向圖拓寬裝置在使用時設置在所述相控陣天線陣列的上方，從而拓寬所述相控陣天線陣列的單元方向圖。本發明的用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置能起到以下有益技術效果：增大天線工作帶寬，拓寬陣中有源單元方向圖。
【專利說明】用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置。
【背景技術】
[0002]相控陣雷達因其特有的快速波束掃描和波束形成等特性，成為目前雷達發展的主要趨勢。相控陣雷達的天線設計也是一個很重要的領域。現代雷達發展要求天線工作帶寬夠寬，掃描范圍大，同時駐波要小，陣中有源單元方向圖要寬。
[0003]為了解決上述問題，即為了增大天線工作帶寬，拓寬陣中有源單元方向圖，現有技術中提出了若干種解決方案。
[0004]一種解決方案是增大天線陣元之間的間距。然而，增大天線陣元之間的間距容易出現柵瓣。
[0005]另一種解決方案是在天線陣元之間加載電磁帶隙(EBG)結構。然而，電磁帶隙結構制備復雜，且只適合貼片天線。
【發明內容】
[0006]本發明的一個目的在于，針對現有技術中相控陣天線設備的上述缺陷，提供一種用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置，其能克服現有技術中的上述缺陷，增大天線工作帶寬，拓寬陣中有源單元方向圖。
[0007]本發明的以上目的通過一種用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置來實現，所述單元方向圖拓寬裝置包括:
[0008]第一基板；以及
[0009]多個豎直導電幾何結構，所述多個豎直導電幾何結構排列成大致垂直于所述第一基板；
[0010]所述單元方向圖拓寬裝置在使用時設置在所述相控陣天線陣列的上方，從而拓寬所述相控陣天線陣列的單元方向圖。
[0011]根據上述技術方案，本發明的用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置能起到以下有益技術效果:增大天線工作帶寬，拓寬陣中有源單元方向圖。
[0012]較佳的是，所述單元方向圖拓寬裝置還包括多個水平導電幾何結構，所述多個水平導電幾何結構水平地設置在所述第一基板的一表面上。
[0013]較佳的是，拓寬所述相控陣天線陣列的單元方向圖通過以下方式來實現:調節所述相控陣天線陣列中各個天線單元之間的互耦系數。
[0014]較佳的是，調節所述相控陣天線陣列中各個天線單元之間的互耦系數包括:調高或調低所述相控陣天線陣列中各個天線單元之間的互耦系數。
[0015]較佳的是，每個所述豎直導電幾何結構的正上方或正下方分別對應有一個所述水平導電幾何結構。
[0016]較佳的是，所述單元方向圖拓寬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，所述多個豎直導電幾何結構固定于所述填充材料內。
[0017]較佳的是，所述第一基板有多個，每個第一基板一表面上設置有多個水平導電幾何結構，并有對應多個豎直導電幾何結構大致垂直于所述第一基板地設置在所述第一基板表面上。
[0018]較佳的是，所述一表面設有水平導電幾何結構的第一基板、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電幾何結構的填充材料共同構成一個單元方向圖拓寬層，所述單元方向圖拓寬裝置由多個所述單元方向圖拓寬層堆疊而成。
[0019]較佳的是，所述第一基板和第二基板有多個，且以每兩個所述第一基板之間設有一個所述第二基板、每兩個所述第二基板之間設有一個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有固定所述豎直導電幾何結構的填充材料。
[0020]較佳的是，所述多個豎直導電幾何結構鑲嵌、焊接或粘接于所述填充材料內。
[0021]較佳的是，所述水平導電幾何結構和所述豎直導電幾何結構是由導電材料制成的具有一定幾何圖形的平面或立體結構。
[0022]較佳的是，每個所述水平導電幾何結構或所述豎直導電幾何結構包括口字型結構和位于所述口字形結構內相向設置的兩個T形結構。
[0023]較佳的是，每個所述水平導電幾何結構或所述豎直導電幾何結構包括開口對向設置的兩個C形結構和位于所述兩個C形結構內的一字形結構。
[0024]較佳的是，所述單元方向圖拓寬裝置為多個且層疊設置于所述相控陣天線陣列上方。
[0025]較佳的是，所述多個水平導電幾何結構和所述多個豎直導電幾何結構周期性排列。
[0026]較佳的是,所述天線陣列中的每個天線單元是Vivaldi天線、偶極子天線、波導天線、縫隙天線、或微帶天線。
[0027]較佳的是，所述天線陣列包含多個并行排布的子陣列，每個子陣列可劃分為多個天線單元。
[0028]較佳的是，每個所述子陣列上相鄰兩個所述天線單元的距離與平行于所述基板表面的一列水平導電幾何結構中連續N個水平導電幾何結構的總長度相當，或者與平行于所述基板表面的一列豎直導電幾何結構中N’個豎直導電幾何結構的總長度相當，N、N’為大于等于2的自然數。
[0029]較佳的是，相鄰兩個所述子陣列的距離與垂直于所述基板表面的一行水平導電幾何結構中連續Μ個水平導電幾何結構的總長度相當，或者與垂直于所述基板表面的一列豎直導電幾何結構中Μ’個豎直導電幾何結構的總長度相當，Μ、Μ’為大于等于2的自然數。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1示出了本發明一實施方式的相控陣天線設備的立體示意圖。
[0031]圖2示出了本發明一實施方式的用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置的放大立體示意圖。
[0032]圖3(a)示出了本發明實施例1的單元方向圖拓寬裝置的豎直導電結構的示意圖。[0033]圖3 (b)示出了在未設有本發明實施例1單元方向圖拓寬裝置和設有本發明實施例1單元方向圖拓寬裝置的情況下、最近鄰互耦系數與頻率關系曲線圖。
[0034]圖3 (c)示出了在未設有本發明實施例1單元方向圖拓寬裝置和設有本發明實施例1單元方向圖拓寬裝置的情況下、次近鄰互耦系數與頻率關系曲線圖。
[0035]圖3 (d)示出了在設有本發明實施例1單元方向圖拓寬裝置的情況下、E面不同角度下、合成有源駐波比與頻率關系曲線圖。
[0036]圖3 (e)示出了在未設有本發明單元方向圖拓寬裝置的情況下、E面不同角度下、合成有源駐波比與頻率關系曲線圖。
[0037]圖4(a)示出了本發明實施例2的單元方向圖拓寬裝置的豎直導電結構的示意圖。
[0038]圖4 (b)示出了在未設有本發明實施例2單元方向圖拓寬裝置和設有本發明實施例2單元方向圖拓寬裝置的情況下、最近鄰互耦系數與頻率關系曲線圖。
[0039]圖4 (c)示出了在未設有本發明實施例2單元方向圖拓寬裝置和設有本發明實施例2單元方向圖拓寬裝置的情況下、次近鄰互耦系數與頻率關系曲線圖。
[0040]圖4 (d)示出了在設有本發明實施例2單元方向圖拓寬裝置的情況下、E面不同角度下、合成有源駐波比與頻率關系曲線圖。
[0041]圖5示出了在未設有單元方向圖拓寬裝置、設有本發明實施例1單元方向圖拓寬裝置和設有本發明實施例2單元方向圖拓寬裝置的情況下，11X11天線陣列中心單元的有源方向圖(E面)。
【具體實施方式】
[0042]下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節以便于充分理解本發明，但是本發明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下根據實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內容限制本發明的保護范圍。
[0043]圖1示出了本發明一實施方式的相控陣天線設備的立體示意圖。該相控陣天線設備包括天線陣列201和設置于天線陣列201上方的單元方向圖拓寬裝置。為了更清楚地看到相控陣天線設備的內部構成，在圖1中僅示出了部分的天線陣列201和單元方向圖拓寬裝置，從而避免設置于天線陣列201上方的單元方向圖拓寬裝置蓋住天線陣列201而無法看到天線陣列201。當然，本領域技術人員應能理解，單元方向圖拓寬裝置設置于天線陣列201上方，較佳地設置于天線陣列201正上方。此外，天線陣列201可以設置在母板202上。該母板202較佳地是金屬母板。
[0044]圖2示出了用于本發明一實施方式的用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置的放大立體示意圖。該單元方向圖拓寬裝置包括:上基板105，也稱第二基板；下基板101，也稱第一基板；填充材料103，該填充材料填充于上基板105和下基板101之間；以及多個豎直導電幾何結構104，多個豎直導電幾何結構104鑲嵌、焊接或粘接于填充材料103內且排列成大致垂直于上基板105和下基板101。
[0045]當然，雖然在圖2中沒有示出，但本領域技術人員在本發明公開內容的基礎上可以理解，該單元方向圖拓寬裝置還可包括:多個水平導電幾何結構，多個水平導電幾何結構水平地設置(例如通過刻蝕等加工方式)在下基板101的上表面上。[0046]每個豎直導電幾何結構的正上方或正下方分別對應有一個水平導電幾何結構。
[0047]雖然在圖2所示的單元方向圖拓寬裝置中，多個豎直導電幾何結構104設置在下基板101上方，但本領域技術人員在本發明公開內容的基礎上可以理解，多個豎直導電幾何結構104也可以設置在下基板101下方。
[0048]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。
[0049]雖然在圖2所示的單元方向圖拓寬裝置中，示出了上基板105和下基板101，但本領域技術人員在本發明公開內容的基礎上可以理解，上基板105主要起到保護導電幾何結構的作用，也可省略上基板105。
[0050]雖然在圖2所示的單元方向圖拓寬裝置中，示出了填充材料103，但本領域技術人員在本發明公開內容的基礎上可以理解，也可省略填充材料103，而將多個豎直導電幾何結構直接設置在下基板101上方或下方。
[0051]另外，下基板101可以有多個，多個下基板101依次從下往上以一定間距地堆疊，每個下基板101 —表面上設置有多個水平導電幾何結構，并有對應多個豎直導電幾何結構大致垂直于下基板101地設置在下基板101表面上。
[0052]當然，也可有多個下基板101和多個上基板105，且以每兩個下基板101之間設有一個上基板105、每兩個上基板105之間設有一個下基板101地依次平行地間隔排布，相鄰的上基板105和下基板101之間設有固定豎直導電幾何結構的填充材料。
[0053]進一步地，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成一個單元方向圖拓寬層，本發明的單元方向圖拓寬裝置由多個這樣的單元方向圖拓寬層堆疊而成。
[0054]導電幾何結構(水平導電幾何結構和豎直導電幾何結構104)是由導電材料制成的具有一定幾何圖形的平面或立體結構。水平導電幾何結構和豎直導電幾何結構104都可以根據需要設計成特定形狀。例如，豎直導電幾何結構104的形狀可如圖3 (a)所示，S卩，包括口字型結構和位于所述口字形結構內相向設置的兩個T形結構；豎直導電幾何結構104的形狀可如圖4 (a)所示，即，包括開口對向設置的兩個C形結構和位于所述兩個C形結構內的一字形結構。
[0055]雖然在圖2所示的單元方向圖拓寬裝置中，豎直導電幾何結構104是單層導電幾何結構，但本領域技術人員在本發明公開內容的基礎上可以理解，豎直導電幾何結構104可以是多層導電幾何結構。
[0056]較佳的是，多個水平或豎直導電幾何結構可以按照矩形周期或三角形周期排列。所謂“矩形周期排列”是指某列導電幾何結構中的每個導電幾何結構與相鄰列導電幾何結構中的每個導電幾何結構相互對齊。所謂“三角形周期排列”是指某列導電幾何結構中的每個導電幾何結構與相鄰列導電幾何結構中的每個導電幾何結構相互錯開一定距離，“三角形周期排列”也可稱為“平行四邊形周界排列”。
[0057]以上描述了單元方向圖拓寬裝置的基本結構，當然，本領域技術人員應能理解，該基本結構也可組合疊加成多層，層疊設置于天線陣列201上方，使得天線的掃描性能會有更大提升，只是需要犧牲單元方向圖拓寬裝置的厚度和重量。
[0058]本發明的用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置充分利用了導電幾何結構對入射電磁波的頻率響應特性和角度響應特性，針對特定的相控陣天線陣列，通過精心設計導電幾何結構的形狀、尺寸和排布方式，對相控陣天線陣列的近場電磁場進行調制，利用導電幾何結構的散射特性以達到調節相控陣天線陣列中各個天線單元之間的互耦系數的目的，從而拓寬相控陣天線陣列的單元方向圖。
[0059]相控陣天線設備中的天線陣列中的每個天線單元可以是Vivaldi天線、偶極子天線、波導天線、縫隙天線、或微帶天線。
[0060]用于相控陣天線設備的天線陣列201包含多個并行排布的子陣列，每個子陣列可劃分為多個天線單元。天線子陣列在制作時是整片制作的，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。若對天線子陣列進行人為劃分，則可得到若干個天線單元。
[0061]本實施例中，水平導電幾何結構和豎直導電幾何結構均為矩形陣列排布。每個子陣列上相鄰兩個天線單元的距離與平行于基板表面的一列水平導電幾何結構中連續N個水平導電幾何結構的總長度相當，或者與平行于基板表面的一列豎直導電幾何結構中N’個豎直導電幾何結構的總長度相當，N、N’為大于等于2的自然數。
[0062]類似地，相鄰兩個子陣列的距離與垂直于基板表面的一行水平導電幾何結構中連續Μ個水平導電幾何結構的總長度相當，或者與垂直于基板表面的一列豎直導電幾何結構中Μ’個豎直導電幾何結構的總長度相當，Μ、Μ’為大于等于2的自然數。
[0063]本發明的用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置調節相控陣天線陣列中各個天線單元之間的互耦系數的原理如下:
[0064]假設m天線 單元和η天線單元互稱系數為Smn,其中Smn是復數，包含幅度和相位。m天線端口有源反射系數rm表達式如下:
【權利要求】
1.一種用于相控陣天線陣列的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，所述單元方向圖拓寬裝置包括:第一基板；以及多個豎直導電幾何結構，所述多個豎直導電幾何結構排列成大致垂直于所述第一基板；所述單元方向圖拓寬裝置在使用時設置在所述相控陣天線陣列的上方，從而拓寬所述相控陣天線陣列的單元方向圖。
2.如權利要求1所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，所述單元方向圖拓寬裝置還包括多個水平導電幾何結構，所述多個水平導電幾何結構水平地設置在所述第一基板的一表面上。
3.如權利要求1所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，拓寬所述相控陣天線陣列的單元方向圖通過以下方式來實現:調節所述相控陣天線陣列中各個天線單元之間的互耦系數。
4.如權利要求3所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，調節所述相控陣天線陣列中各個天線單元之間的互耦系數包括:調高或調低所述相控陣天線陣列中各個天線單元之間的互耦系數。
5.如權利要求2所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，每個所述豎直導電幾何結構的正上方或正下方分別對應有一個所述水平導電幾何結構。
6.如權利要求1所述的 單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，所述單元方向圖拓寬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，所述多個豎直導電幾何結構固定于所述填充材料內。
7.如權利要求2所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，所述第一基板有多個，每個第一基板一表面上設置有多個水平導電幾何結構，并有對應多個豎直導電幾何結構大致垂直于所述第一基板地設置在所述第一基板表面上。
8.如權利要求6所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，所述一表面設有水平導電幾何結構的第一基板、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電幾何結構的填充材料共同構成一個單元方向圖拓寬層，所述單元方向圖拓寬裝置由多個所述單元方向圖拓寬層堆疊而成。
9.如權利要求6所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，所述第一基板和第二基板有多個，且以每兩個所述第一基板之間設有一個所述第二基板、每兩個所述第二基板之間設有一個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有固定所述豎直導電幾何結構的填充材料。
10.如權利要求6所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，所述多個豎直導電幾何結構鑲嵌、焊接或粘接于所述填充材料內。
11.如權利要求2所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，所述水平導電幾何結構和所述豎直導電幾何結構是由導電材料制成的具有一定幾何圖形的平面或立體結構。
12.如權利要求2所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，每個所述水平導電幾何結構或所述豎直導電幾何結構包括口字型結構和位于所述口字形結構內相向設置的兩個T形結構。
13.如權利要求2所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，每個所述水平導電幾何結構或所述豎直導電幾何結構包括開口對向設置的兩個C形結構和位于所述兩個C形結構內的一字形結構。
14.如權利要求1所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，所述單元方向圖拓寬裝置為多個且層疊設置于所述相控陣天線陣列上方。
15.如權利要求2所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，所述多個水平導電幾何結構和所述多個豎直導電幾何結構周期性排列。
16.如權利要求1所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，所述天線陣列中的每個天線單元是Vivaldi天線、偶極子天線、波導天線、縫隙天線、或微帶天線。
17.如權利要求2所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，所述天線陣列包含多個并行排布的子陣列，每個子陣列可劃分為多個天線單元。
18.如權利要求17所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，每個所述子陣列上相鄰兩個所述天線單元的距離與平行于所述基板表面的一列水平導電幾何結構中連續N個水平導電幾何結構的總長度相當，或者與平行于所述基板表面的一列豎直導電幾何結構中N’個豎直導電幾何結構的總長度相當，N、N’為大于等于2的自然數。
19.如權利要求17所述的單元方向圖拓寬裝置，其特征在于，相鄰兩個所述子陣列的距離與垂直于所述基板表面的一行水平導電幾何結構中連續Μ個水平導電幾何結構的總長度相當，或者與垂直于所述基板表面 的一列豎直導電幾何結構中Μ’個豎直導電幾何結構的總長度相當，Μ、Μ’為大于等于2的自然數。
【文檔編號】H01Q23/00GK103647149SQ201310616322
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】不公告發明人 申請人:深圳光啟創新技術有限公司