一種可重構的單脈沖天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于天線技術，尤其涉及一種可重構的單脈沖天線。
【背景技術】
[0002]為了精確獲得目標的角度和速度，單脈沖雷達發揮了重要作用。單脈沖天線作為單脈沖雷達最重要的一部分，始終是人們研究的重點。單脈沖天線的實現原理比較簡單，即通過變換不同象限中輻射單元的相位，就可以實現和波束、方位差波束及俯仰差波束。早期的單脈沖天線主要利用卡塞格侖天線實現，使用多模喇叭或其他多模技術獲得單脈沖天線的和、差信號，但是其具有體積大，不利于天線移動等缺點。在隨后的發展中，微帶天線由于具有體積小，重量輕，成本低等優點，使得國內外出現了許多微帶形式的那個天線。但是基于微帶形式的單脈沖天線總是需要復雜的和差網絡來實現單脈沖天線。
[0003]由于現代單層PCB工藝十分成熟，在不是十分高的頻段內，加工精度也十分有保證，同時加工的產品可以擁有低輪廓、小體積、高集成度的特性，有利于天線的大規模生產與應用。因此，使用單層PCB工藝的單脈沖天線在低輪廓、高集成度以及降低成本上都有很現實的意義。
【發明內容】
[0004]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種可重構的單脈沖天線，該單脈沖天線是一種高精密的跟蹤定位天線，僅需要四個天線單元(或子陣列)、四個開關和一個簡單的功率分配器結構就可以構成，與傳統單脈沖天線相比，具有尺寸小，重量輕，結構簡單，易于集成等優點。它可以在一個脈沖周期內獲取目標的全部方向信息及距離信息。因此能快速測得目標角度信息，定位精確且抗干擾能力強，可用于航空和導彈防御系統等毫米波雷達技術中，它具有軸比小、一致性、結構簡單、易于實現、成本低等優點。
[0005]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:一種可重構的單脈沖天線，包括四個縱橫方向二維陣列排布的天線單元，四個與天線單元一一對應的開關，一個一分四的等幅度等相位功率分配器；所述每個天線單元包括兩個饋電端口，各天線單元兩端的饋電端口分別通過有限接地共面波導傳輸線與開關相連，通過開關控制使天線單元兩端只有一個端口處于工作狀態；所述一分四的等幅度等相位功率分配器由一個第一等相位等幅度功率分配器并聯兩個第二等相位等幅度功率分配器構成，且一分四的等幅度等相位功率分配器的四個分支分別與開關相連，通過開關控制，可分別饋電于四個天線單元的兩個端口的其中一個端口。改變開關的狀態，即改變天線單元的輸入端口，從而改變天線單元的相位，可形成三種不同的天線方向圖:和波束、方位差波束和俯仰差波束，從而可實現單脈沖定位。
[0006]進一步的，所述天線單元包括介質基片、上金屬層、下金屬層和若干個陣列式排布成諧振腔的金屬通孔；所述介質基片設置在上金屬層和下金屬層之間；所述金屬通孔貫穿介質基片、上金屬層和下金屬層，且金屬通孔的上、下兩端分別連接上金屬層和下金屬層。
[0007]進一步的，所述諧振腔的輪廓為方形或長方形。
[0008]進一步的，所述天線單元的工作模式為諧振腔的高次簡并模式TE120和TE210模式。
[0009]進一步的，所述上金屬層上諧振腔的四周蝕刻有四條縫隙作為輻射縫隙，所述輻射縫隙作為天線單元的輻射結構。
[0010]進一步的，所述天線單元的兩個饋電端口設置在下金屬層上，所述饋電端口蝕刻出縫隙作為有限接地共面波導傳輸線，所述有限接地共面波導傳輸線作為天線單元的饋電結構。
[0011]進一步的，所述天線單元上的兩個饋電端口相位相差180度。
[0012]進一步的，所述第一等相位等幅度功率分配器和第二等相位等幅度功率分配器均為傳統的威爾金森功率分配器。
[0013]有益效果:本發明的優點如下:
[0014]1、整個天線單元(或子陣列)主要有金屬層和金屬化通孔組成，整個結構可以用傳統的PCB或LTCC工藝來實現；
[0015]2、該天線能通過四個一分二開關和三個的威爾金森功率分配器改變天線單元(或子陣列)的信號輸入端口，從而實現和波束、方位差波束和俯仰差波束，即形成單脈沖天線。
[0016]3、該天線具有三種不同的方向圖:和波束、俯仰差波束和方位差波束，且差波束方向圖的零深較大，很好的滿足了單脈沖定位功能，同時滿足較好的圓極化特性，較好的駐波特性，且輪廓低、體積小、實現簡單，易于集成。
[0017]4、本發明中，基于方形的基片集成波導背腔圓極化天天線單元(或子陣列)分別從四個角方向進行饋電時，相位依次相差90度，因此通過對角端口饋電時輻射場相位相差180度。通過開關控制天線單元(或子陣列)的信號輸入端口:當四個天線都從相同相位輸入時，將實現和波束；當四個天線單元(或子陣列)中橫向的上下兩對天線單元(或子陣列)從相同相位的端口輸入，縱向的左右兩對天線單元(或子陣列)從相反相位輸入，則實現俯仰差波束；反之，當四個天線單元(或子陣列)中橫向的上下兩對天線單元(或子陣列)從相反相位的端口輸入，縱向的兩對天線單元(或子陣列)從相同相位輸入，則實現方位差波束。
【附圖說明】
[0018]圖1為一種單脈沖天線中天線單元(或子陣列)的主視結構示意圖；
[0019]圖2為天線單元(或子陣列)的后視結構示意圖；
[0020]圖3為2X2單脈沖天線陣列的主視結構示意圖；
[0021]圖4為圖3所示單脈沖天線陣列的后視結構示意圖；
[0022]圖5為金屬化通孔的剖視結構示意圖；
[0023]圖6為天線仿真和測試的單脈沖天線和波束的回波損耗I S111 ;
[0024]圖7為天線仿真和測試的單脈沖天線俯仰差波束的回波損耗I S111 ;
[0025]圖8為天線仿真和測試的單脈沖天線方位差波束的回波損耗IS111 ;
[0026]圖9為實測天線在頻率5.88GHz時和波束增益方向圖；
[0027]圖10為實測天線在頻率5.88GHz時俯仰差波束增益方向圖；
[0028]圖11為實測天線在頻率5.88GHz時方位差波束增益方向圖；
[0029]圖12為在法向方向上，實測天線在和波束時隨頻率變化下的軸比變化關系和增益變化關系圖；
[0030]圖13為在法向方向上，實測天線在俯仰差波束隨頻率變化下的軸比變化關系和增益變化關系圖；
[0031]圖14為在法向方向上，實測天線在方位差波束隨頻率變化下的軸比變化關系和增益變化關系圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0033]如圖1、2所示為一種小型的單脈沖天線的天線單元(或子陣列)，該天線單元(或子陣列)的工作模式為方形諧振腔4的高次簡并模式；天線單元(或子陣列)包括介質基片1、上金屬層21、下金屬層22和金屬通孔，所述金屬通孔貫穿介質基片1、上下兩端分別連接上金屬層21和下金屬層22。天線具有對角上的兩個輸入端口，兩個輸入端口相位相差180 度。
[0034]具體的，在上金屬層21上、諧振腔4的四周蝕刻出四條縫隙作為輻射縫隙2，所述輻射縫隙2作為天線單元(或子陣列)的輻射結構。在下金屬層22上蝕刻出縫隙作為有限接地共面波導傳輸線3，所述有限接地共面波導傳輸線3作為天線單元(或子陣列)的饋電結構；