多波束掃描透鏡天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及天線結構設計領域，尤其是一種介質透鏡天線。
【背景技術】
[0002]在雷達領域，隨著飛行器飛行速度和機動能力日益提高，雷達系統必須能夠快速精確的測量寬角度范圍、多批次出現的目標，要求天線能夠形成多個接收波束，實現快速跟蹤，所以多波束電掃描天線得到廣泛應用。
[0003]傳統的多波束天線包括反射面天線和相控陣天線，這些天線的缺點是結構復雜、掃描范圍有限、損耗大、工作頻帶窄等等，而多波束透鏡天線具有很好的對稱性，保留了良好的光學特性，且在一定范圍內沒有對饋源的阻擋，可以實現大角度范圍的掃描以及低損耗工作。
[0004]目前的多波束透鏡天線大多采用波導喇叭饋電，透鏡形狀大多為球形或半球形，可實現多方位的波束掃描，透鏡的材料采用介電常數漸變的介質達到較高的增益，但是波導喇叭體積大，不易彎曲，不利于透鏡天線系統集成，同時介電常數漸變的球透鏡加工難度大，成本高，而且不容易固定，限制了透鏡天線的應用。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種多波束掃描透鏡天線，該天線具有低剖面、易加工制作、易于系統集成固定、高效率、高增益、低損耗、結構緊湊、重量輕，饋電結構簡單、水平面覆蓋大角度多波束掃描特點。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:將相對介電常數ε^<4.4的介質柱透鏡放置于兩塊圓形金屬平行板構成的平行板波導之間，饋源陣列采用印刷在介質基板上的弧形平面八木天線陣列，將饋源陣列水平放置在兩塊圓形金屬平行板波導之間的邊緣處，饋源陣列和圓形金屬平行板之間用四個六角銅柱固定。
[0007]其中平面八木天線陣列中每個單元的結構是相同的，每個單元都是由一個反射器、兩個引向器和一個有源振子組成，介質基板分為上層和下層，其中反射器為介質基板下層的截斷接地面，兩個引向器都為0.47 λ的印刷單極子，有源振子為0.5 λ的印刷偶極子，有源振子和引向器則位于介質基板的上層，其中有源振子I通過兩條寬度相同的平行雙線13連接，兩條平行雙線13的寬度與有源振子I的寬度相同，兩條平行雙線13再分別與兩條寬度相同的微帶線15連接，其中位于上面的一條微帶線為U形彎曲折疊，使兩條微帶線15的長度相差二分之一個波長，兩條微帶線15共同連接到一條用于阻抗匹配的微帶線3上，微帶線3的長度為四分之一個波長，微帶線3連接到一條輸入阻抗為50 Ω的微帶線14，采用同軸7連接微帶線14進行饋電。
[0008]本發明的有益效果是由于天線系統采用一定間距的圓形平行板波導結構，實現了單模傳輸，弧形饋源陣列能很好與圓形平行板相結合，在水平面具有很好的對稱性，減少了俯仰面的體積；介電常數恒定的柱透鏡能很好的固定在平行板波導中間，且加工簡單，成本低廉；折疊的微帶線結構引入一個180°的相移(彎曲部分兩條微帶線長度相差二分之一個波長)，以實現差模激勵，實際上起到的是一個巴倫的作用，實現了偶極子的平衡饋電；用截斷的接地面代替八木天線的反射器，起到很好的反射作用，避免添加額外的反射器結構；平面微帶結構的八木天線饋源占用體積少，能很好的與控制電路相結合。
【附圖說明】
[0009]圖1是平面八木天線饋源俯視圖。
[0010]圖2是透鏡天線俯視圖。
[0011]圖3是透鏡天線側視圖。
[0012]其中，圖中I一激勵振子，2—引向器，3—阻抗變換器，4一巴倫，5—接地面(反射器)，6—介質層，包括被接地面截斷的部分，7—同軸饋電的內外導體，8—介質柱透鏡，9一圓形平行板波導，10—饋源振子和微帶線，11 一六角銅柱，12—圓弧形饋源陣列，13—平行雙線，14一阻抗為50 Ω的微帶線，15—微帶線組成。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0014]本發明是將相對介電常數4.4的介質柱透鏡放置于兩塊圓形金屬平行板構成的平行板波導之間，饋源陣列采用印刷在介質基板上的弧形平面八木天線陣列，將饋源陣列水平放置在兩塊圓形金屬平行板波導之間的邊緣處，饋源陣列和圓形金屬平行板之間用四個六角銅柱固定。
[0015]其中平面八木天線陣列中每個單元的結構是相同的，每個單元都是由一個反射器、兩個引向器和一個有源振子組成，介質基板分為上層和下層，其中反射器為介質基板下層的截斷接地面，兩個引向器都為0.47 λ的印刷單極子，有源振子為0.5 λ的印刷偶極子，有源振子和引向器則位于介質基板的上層，其中有源振子I通過兩條寬度相同的平行雙線13連接，兩條平行雙線13的寬度與有源振子I的寬度相同，兩條平行雙線13再分別與兩條寬度相同的微帶線15連接，其中位于上面的一條微帶線為U形彎曲折疊，使兩條微帶線15的長度相差二分之一個波長，兩條微帶線15共同連接到一條用于阻抗匹配的微帶線3上，微帶線3的長度為四分之一個波長，微帶線3連接到一條輸入阻抗為50 Ω的微帶線14，采用同軸7連接微帶線14進行饋電。
[0016]參照圖1至圖3，本發明中I為激勵振子，2為引向器，3為阻抗變換器，4為巴倫，5為接地面(反射器)，6為介質層，包括被接地面截斷的部分，7為同軸饋電的內外導體，8為介質柱透鏡，9為圓形平行板波導，10為饋源振子和微帶線，11為六角銅柱，12為圓弧形饋源陣列，13為平行雙線，14為阻抗為50 Ω的微帶線，15為微帶線組成。
[0017]實施例:圓形平行板波導的直徑為79.6_，激勵振子的長度為7_，引向器的長度為4.5_，介質層的介電常數為2.2，介質柱透鏡的介電常數為2.54，圓形平行板波導間距為15mm，平面八木天線長度為15.6mm，工作頻率為18GHZ，圓弧形陣列單元間距為9°，圓弧形陣列與介質柱透鏡的距離為4_，采用同軸饋電，由饋源發出的球面波經過透鏡的折射后轉變為平面波，提高增益。這種介質柱透鏡天線在水平方向和垂直方向的口徑相差很大，因此產生的方向圖為扇形波束，在水平面內可實現窄波束掃描，而在俯仰面內則產生較寬的波束。
[0018]該實施例中透鏡天線系統中的性能指標為:
[0019]工作頻率:17.5GHz——18.5GHz
[0020]輸入阻抗:50 Ω
[0021]駐波比:〈2
[0022]天線增益:16.8dB——17.6dB
[0023]E面單波束3dB波束寬度:9°
[0024]H面單波束3dB波束寬度:61.4°
[0025]天線系統波束掃描范圍:±45°
[0026]以上所述僅為本發明的一種實施例而已，對本領域普通技術人員來說，在本發明的精神和原則之內，可以根據上述說明對天線的參數進行更改，而所有這些更改后的技術方案，都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種多波束掃描透鏡天線，其特征在于: 將相對介電常數4.4的介質柱透鏡放置于兩塊圓形金屬平行板構成的平行板波導之間，饋源陣列采用印刷在介質基板上的弧形平面八木天線陣列，將饋源陣列水平放置在兩塊圓形金屬平行板波導之間的邊緣處，饋源陣列和圓形金屬平行板之間用四個六角銅柱固定。 其中平面八木天線陣列中每個單元的結構是相同的，每個單元都是由一個反射器、兩個引向器和一個有源振子組成，介質基板分為上層和下層，其中反射器為介質基板下層的截斷接地面，兩個引向器都為0.47 λ的印刷單極子，有源振子為0.5 λ的印刷偶極子，有源振子和引向器則位于介質基板的上層，其中有源振子(I)通過兩條寬度相同的平行雙線(13)連接，兩條平行雙線(13)的寬度與有源振子(I)的寬度相同，兩條平行雙線(13)再分別與兩條寬度相同的微帶線(15)連接，其中位于上面的一條微帶線為U形彎曲折疊，使兩條微帶線(15)的長度相差二分之一個波長，兩條微帶線(15)共同連接到一條用于阻抗匹配的微帶線(3)上，微帶線(3)的長度為四分之一個波長，微帶線(3)連接到一條輸入阻抗為50Ω的微帶線(14)，采用同軸(7)連接微帶線(14)進行饋電。
【專利摘要】本發明提供了一種多波束掃描透鏡天線，將介質柱透鏡放置于兩塊圓形金屬平行板構成的平行板波導之間，饋源陣列采用印刷在介質基板上的弧形平面八木天線陣列，將饋源陣列水平放置在兩塊圓形金屬平行板波導之間的邊緣處，饋源陣列和圓形金屬平行板之間用四個六角銅柱固定，由于天線系統采用一定間距的圓形平行板波導結構，實現了單模傳輸，弧形饋源陣列能很好與圓形平行板相結合，在水平面具有很好的對稱性，減少了俯仰面的體積，且加工簡單，成本低廉，實現了偶極子的平衡饋電，避免添加額外的反射器結構，平面微帶結構的八木天線饋源占用體積少，能很好的與控制電路相結合。
【IPC分類】H01Q1-50, H01Q19-10, H01Q1-48, H01Q1-38, H01Q19-06, H01Q21-00
【公開號】CN104617383
【申請號】CN201510035439
【發明人】李建周, 陳昶, 吳昌英, 鄭奎松
【申請人】西北工業大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月23日