一種雙圓極化微帶天線陣的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于天線技術領域，具體涉及一種微帶天線陣。
【背景技術】
[0002]對衛星通信和遙感系統來說，為有效傳輸信息，克服電離層法拉第旋轉效應引起的極化畸變，要求天線具有圓極化的性能，且同一天線陣面在接收模式與發射模式下同時工作，這就要求天線具備雙圓極化的工作能力。軍用方面，空間目標預警領域，各國也普遍采用雙圓極化天線作為基本輻射單元組陣。在民用方面，廣播電視系統采用雙圓極化天線亦可有效減小信號漏失、克服重影。這也一定程度上也推動了雙圓極化天線技術的發展。因此雙圓極化天線技術在軍用和民用領域的應用范圍越來越廣泛。
[0003]在星載和機載的應用場合，還有重量的要求。這要求天線在滿足波束寬度、增益、極化、隔離、掃描能力等指標時還要盡可能的輕便可靠。天線的高度也需要盡可能的小，以免改變飛行器的氣動特性和帶來不必要的機械干涉。
[0004]常見的雙圓極化相控陣天線單元主要有以下三種形式:一、振子天線。包括十字交叉分布的微帶振子和金屬振子。其主要的優點在于帶寬寬，波束寬度寬可達120°，可以適應大角度掃描的要求(張健鑫，傅光，陳曦，張濤，李東超，圓極化十字交叉振子的設計，微波學報，Vol.S2，2010.8，pp:183-186.)。其缺點在于剖面高，不適合機載、星載等場合的使用。二、背腔式縫隙天線。該類天線通過在背腔激勵的金屬板上開環形或十字形的槽實現了圓極化的性能(Sievenpiper D, Hsu H P, Riley R M.Low -profile cavity-backedcrossed—slot antenna with a single-probe feed designed for 2.34 GHz satelliterad1 applicat1ns，IEEE Trans Antennas Propagat, 2004, 52(3): 873-879)。其主要的缺點在于對地面對方向圖的影響大，可能出現波紋。三、微帶天線。微帶天線具有低成本、低剖面、易于集成和共形的特點，適于設計低剖面圓極化天線。目前已知的雙圓極化微帶天線陣，其實現方式有兩種:一是四點饋電的方式，需要結合定向耦合器和不等相位功分器組成饋電網絡(汪雪剛，李瑞，吳多龍，李庚祿，GPS雙頻圓極化微帶天線的設計，廣州工業大學學報，Vol.28，N0.2，2011.6，pp:43-46)。其優點是，貼片表面電流分布更符合圓極化特性，可以有效抑制高階模式產生的交叉極化分量，軸比性能較好。缺點是，饋電網絡復雜、龐大，成本高。二是雙點饋電的方式，需要定向耦合器或者不等相位功分器組成饋電網絡。對于多次反射有所抑制，亦可容忍饋電相位的誤差。相比四點饋電方案，其優勢在于實現簡單，易于組陣。(薛欣，張福順，馮昕罡，馮睿，雙圓極化微帶天線的設計，電波科學學報，Vol.25，N0.2,2010.4，pp:393-396.)。
【實用新型內容】
[0005]為了解決圓極化微帶天線的雙點饋電微帶天線陣的饋電網絡與貼片單元同層設計的問題，本實用新型的目的在于提供一種雙圓極化微帶天線陣，使其具有、低交叉極化、結構簡單牢固、加工便利的特點，并且具有實現寬角掃描雙圓極化天線陣的工程潛力。
[0006]通過【背景技術】可以得知:微帶貼片型雙圓極化天線的饋電網絡復雜，且需要與微帶陣面集成，在組陣時必然出現互耦、諧振等不可避免的惡化天線陣性能的問題。現有技術通過縫隙親合饋電技術的方法予以規避。(Rostan, F.; ffiesbeck, ff., Dual polarizedmicrostrip patch arrays for the next generat1n of spaceborne syntheticaperture radars, 1995Internat1nal Geoscience and Remote Sensing Symposium,IGARSS '95.Quantitative Remote Sensing for Science and Applicat1ns , vol.3,PP.2277-2279.)其缺點是額外增加了一張微帶板和一張泡沫板。本實用新型所需解決的具體問題就是如何選擇合適的貼片形式、饋電網絡、去諧振、去耦合結構來解決上述問題。
[0007]一種雙圓極化微帶天線陣包括由上至下依次貼合的輻射微帶板2、泡沫板4、饋電微帶板5和金屬地板6，并由兩個以上的金屬柱3貫穿固定連接，形成一塊雙圓極化微帶天線陣板；
[0008]所述福射微帶板包括上層的福射介質層23和下層的福射銅箔層24，福射銅箔層24與泡沫板4的上表面粘接；饋電微帶板5包括上饋電銅箔層59、饋電介質板510和下饋電銅箔層511，上饋電銅箔層59與泡沫板4的下表面粘接，下饋電銅箔層511與金屬地板6焊接連接；
[0009]所述輻射微帶板的頂面上均布設有兩個以上的焊盤片22，所述兩個以上的金屬柱3的頂端分別對應連接著兩個以上的焊盤片22 ;輻射微帶板的底面均布設有八塊以上偶數的輻射貼片21，八塊以上偶數的輻射貼片21排列成兩行以上；
[0010]所述饋電微帶板5的頂面上均布設有八塊以上偶數的饋電貼片51，所述八塊以上偶數的饋電貼片51和所述八塊以上偶數的輻射貼片21 —一對應；八塊以上偶數的饋電貼片51排列成兩行以上，相鄰兩行饋電貼片51之間均布開設有一行隔離孔58 ;每行饋電貼片自左向右兩兩組成一對饋電貼片，每行中部的饋電微帶板5上設有一個定向耦合器53，兩對以上偶數對的饋電貼片對稱分布在定向耦合器53的兩側；
[0011]每對饋電貼片的同向端之間連接著一字形的二級同向功分網絡57，反向端之間連接著弓字形的二級反向功分網絡55 ；
[0012]偶數對饋電貼片的兩個二級同向功分網絡57并聯形成一級功分網絡連接著定向親合器53的一個輸出端；
[0013]偶數對饋電貼片的兩個二級反向功分網絡55并聯形成一級功分網絡連接著定向耦合器53的另一個輸出端，定向耦合器53的兩個輸入端與兩個連接器7的內導體連接；
[0014]所述兩個連接器7的外導體位于金屬地板6下，介質層穿過金屬地板6，內導體穿過金屬地板6和饋電微帶板5焊接于上饋電銅箔層59。
[0015]所述雙圓極化天線陣在9%左右的帶寬內，駐波優于1.5，交叉極化性能優于一15dB ;還包括一個矩形的金屬框1，所述雙圓極化微帶天線陣板嵌裝在金屬框I內。
[0016]一種優化的結構是:輻射微帶板2的底面均布設有十二塊輻射貼片21，十二塊輻射貼片21排列成三行；饋電微帶板5的頂面上均布設有十二塊饋電貼片51，十二塊饋電貼片51排列成三行；所述十二塊輻射貼片21和十二塊饋電貼片51--對應。
[0017]本實用新型的有益技術效果體現在以下方面:
[0018]1.本實用新型全陣面實現了雙圓極化的功能，具有9%左右的阻抗帶寬(駐波1.5)，-15dB的交叉極化性能，可用于要求一維掃描的通訊或雷達領域；
[0019]2.輻射貼片在輻射微帶板下方，倒置設計有效保護微帶貼片免受外界侵蝕，也利于貼片形式保密；
[0020]3.饋電網絡與下層微帶貼片共面設計，結構緊湊，與耦合饋電形式相比節省了 I層微帶板和I層泡沫板，而不增加微帶板加工難度；
[0021]4.兩種形式的二級功分網絡設計適應了貼片單元饋電的需要，節省了布局空間；
[0022]5.金屬化通孔隔斷非同一饋電網絡饋電的微帶貼片，可以減小不同線陣之間的互耦，有利于改善陣列的掃描性能；
[0023]6.金屬圍框包裹天線陣側面和上表面邊緣，在不惡化電性能的前提下，加強了天線的結構強度；
[0024]7.每個末級“T”形功分網絡饋電的兩個微帶貼片之間設置金屬柱。在結構上充當支撐柱，加強了天線的結構強度；在工藝上充當定位銷，保證了多層板材之間的位置關系；在電性能上分割陣面空間，改變了陣列內部的耦合關系，消除了諧振效應。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型結構示意圖。
[0026]圖2為本實用新型爆炸示意圖。
[0027]圖3為輻射微帶板結構示意圖。
[0028]圖4為泡沫板結構示意圖。
[0029]圖5為饋電微帶板結構示意圖。
[0030]圖6為金屬地板結構示意圖。
[0031]圖7為局部剖視圖。
[0032]圖8為一個4 (非掃描向)X3 (掃描向)單元的雙圓極化天線陣示意圖。
[0033]圖9為實施例2中天線兩個圓極化端口駐波實測曲線圖。
[0034]圖10為實施例2中頻典型波瓣圖的掃描向主面測試結果圖。
[0035]圖11為實施例2中頻典型波瓣圖的非掃描向主面測試結果圖。
[0036]圖12為一個8 (非掃描向)X4 (掃描向)單元的雙圓極化天線陣示意圖。
[0037]圖1-7中序號:金屬框1、輻射微帶板2、金屬柱3、泡沫板4、饋電微帶板5、金屬地板6、連接器7、輻射貼片21、焊盤片22、輻射介質層23、輻射銅箔層24、通孔41、饋電貼片51、一級功分網絡52、定向耦合器53、饋電通孔54、二級反向功分網絡55、金屬柱通孔56、二級同向功分網絡57、