用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線，其包括柱狀介質(zhì)透鏡、固定裝夾柱狀介質(zhì)透鏡的透鏡固定架和安裝在透鏡固定架自由端、用于固定介質(zhì)基板的饋源固定架；介質(zhì)基板上印制有陣列天線饋源，陣列天線饋源位于柱狀介質(zhì)透鏡的正下方，且陣列天線饋源的頂端與柱狀介質(zhì)透鏡下表面之間存在一間隙；陣列天線饋源包括至少一個(gè)漸進(jìn)槽天線單元、與漸進(jìn)槽天線單元的基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)和與基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)連接的微帶線；漸進(jìn)槽天線單元的排布方向與柱狀介質(zhì)透鏡的軸向一致。
【專利說明】
用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無人機(jī)中的通信設(shè)備，具體涉及用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，微波系統(tǒng)已經(jīng)朝著更高頻率發(fā)展，尤其在毫米波領(lǐng)域，天線的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在高空飛行器平臺(tái)上，要求天線體積小，重量輕，與平臺(tái)共形。特別在用于無人機(jī)防撞雷達(dá)系統(tǒng)中，要求雷達(dá)天線安裝在機(jī)翼上，輻射超前向即飛行方向輻射，防撞雷達(dá)要求天線增益高，波束滿足水平俯仰面筆狀波束，加上機(jī)翼的低剖面的特點(diǎn)，端射天線滿足這樣的要求，其中采用基片集成波導(dǎo)饋電的平面漸近槽天線作為一種端射天線，具有低剖面增益高的特點(diǎn)，且易于與前端集成，平面漸近槽天線容易實(shí)現(xiàn)一維陣列，但是二維陣列難以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線具有較低的剖面和端射筆狀波束，且具有較寬工作頻帶，在該工作頻帶內(nèi)增益高。
[0004]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
提供一種用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線，其包括柱狀介質(zhì)透鏡、固定裝夾柱狀介質(zhì)透鏡的透鏡固定架和安裝在透鏡固定架自由端、用于固定介質(zhì)基板的饋源固定架;介質(zhì)基板上印制有陣列天線饋源，陣列天線饋源位于柱狀介質(zhì)透鏡的正下方，且陣列天線饋源的頂端與柱狀介質(zhì)透鏡下表面之間存在一間隙；
陣列天線饋源包括至少一個(gè)漸進(jìn)槽天線單元、與漸進(jìn)槽天線單元的基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)和與基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)連接的微帶線;漸進(jìn)槽天線單元的排布方向與柱狀介質(zhì)透鏡的軸向一致。
[0005]本發(fā)明的有益效果為:陣列天線饋源水平放置與柱狀介質(zhì)透鏡的中心位于一個(gè)平面上，漸進(jìn)槽天線單元的排布方向與柱狀介質(zhì)透鏡的軸向一致，且陣列天線饋源與柱狀介質(zhì)透鏡之間存在一間距，從而滿足陣列天線饋源的相位中心位于柱狀介質(zhì)透鏡的焦點(diǎn)上，使得陣列天線饋源垂直面的入射波能夠通過柱狀介質(zhì)透鏡的圓柱面進(jìn)行折射，進(jìn)而使出射波接近平面波，從而壓縮該面的波束寬度，提高增益。
[0006]再者，本發(fā)明采用平面漸近槽陣列天線饋源作為饋源，具有低剖面和重量輕的特點(diǎn)，該饋源的工作頻帶較寬，具有良好的定向輻射特性，天線在工作頻帶內(nèi)增益較高，可以克服毫米波高頻傳輸?shù)拇髿馑p。饋源末端采用微帶線饋電，可以直接與前端連接，也便于焊接射頻同軸連接器時(shí)與外部電纜相連，柱狀介質(zhì)透鏡采用柱狀結(jié)構(gòu)，便于加工，尤其在毫米波對(duì)誤差的要求比較高。
【附圖說明】
[0007]圖1為用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線的立體圖。
[0008]圖2為在介質(zhì)基板上印制有陣列天線饋源的平面示意圖。
[0009]圖3為漸進(jìn)槽天線單元的放大圖。
[0010]圖4為設(shè)計(jì)在X波段的平面饋源介質(zhì)透鏡天線的s參數(shù)圖。
[0011]圖5為在34.5GHz平面饋源介質(zhì)透鏡天線垂直面(Χ0Ζ面)方向圖。
[0012]圖6為在34.5GHz平面饋源介質(zhì)透鏡天線水平面(Υ0Ζ面)方向圖。
[0013]其中，1、柱狀介質(zhì)透鏡;2、透鏡固定架;3、饋源固定架;4、介質(zhì)基板;5、陣列天線饋源;51、漸進(jìn)槽天線單元;511、邊緣鋸齒結(jié)構(gòu);512、天線單元上表面金屬;513、天線單元下表面金屬;52、金屬化通孔;53、基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)；54、基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)上表面金屬地;55、微帶線。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
[0015]參考圖1和圖2，圖1示出了用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源柱狀介質(zhì)透鏡I天線的立體圖；圖2示出了在介質(zhì)基板4上印制有陣列天線饋源5的平面示意圖。
[0016]如圖1所示，該用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源柱狀介質(zhì)透鏡I天線包括柱狀介質(zhì)透鏡
1、固定裝夾柱狀介質(zhì)透鏡I的透鏡固定架2和安裝在透鏡固定架2自由端、用于固定介質(zhì)基板4的饋源固定架3;介質(zhì)基板4上印制有陣列天線饋源5，陣列天線饋源5位于柱狀介質(zhì)透鏡I的正下方，且陣列天線饋源5的頂端與柱狀介質(zhì)透鏡I下表面之間存在一間隙。
[0017]本方案結(jié)合陣列天線饋源5和柱狀介質(zhì)透鏡I的特點(diǎn)，利用柱狀介質(zhì)透鏡I彌補(bǔ)平面陣列天線饋源5難以實(shí)現(xiàn)二維陣列的不足，可以有效地壓縮陣列天線饋源5垂直面即H面波束寬度，而對(duì)另外一個(gè)面不產(chǎn)生影響，從而實(shí)現(xiàn)筆狀波束實(shí)現(xiàn)高增益的端射天線，并且這樣的結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)低剖面。
[0018]其中，介質(zhì)基板4可以采用介電常數(shù)為2.2的TLY-5高分子介質(zhì)基板4，介質(zhì)基板4的厚度為0.508_。饋源固定架3可以采用金屬制成，也可以不采用金屬而使用其他滿足強(qiáng)度剛性的塑料或者其他材料。
[0019]如圖2所示，陣列天線饋源5包括至少一個(gè)漸進(jìn)槽天線單元51、與漸進(jìn)槽天線單元51的基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)53和與基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)53連接的微帶線55;漸進(jìn)槽天線單元51的排布方向與柱狀介質(zhì)透鏡I的軸向一致。
[0020]由于陣列天線饋源5水平放置與柱狀介質(zhì)透鏡I的中心位于一個(gè)平面上，漸進(jìn)槽天線單元51的排布方向與柱狀介質(zhì)透鏡I的軸向一致，且陣列天線饋源5與柱狀介質(zhì)透鏡I之間存在一間距，從而滿足陣列天線饋源5的相位中心位于柱狀介質(zhì)透鏡I的焦點(diǎn)上，使得陣列天線饋源5垂直面的入射波能夠通過柱狀介質(zhì)透鏡I的圓柱面進(jìn)行折射，進(jìn)而使出射波接近平面波，從而壓縮該面的波束寬度，提高增益。
[0021]本發(fā)明采用平面漸近槽陣列天線饋源5作為饋源，具有低剖面和重量輕的特點(diǎn)，該饋源的工作頻帶較寬，具有良好的定向輻射特性，天線在工作頻帶內(nèi)增益較高，可以克服毫米波高頻傳輸?shù)拇髿馑p。
[0022]饋源末端采用微帶線55饋電，可以直接與前端連接，也便于焊接射頻同軸連接器時(shí)與外部電纜相連，柱狀介質(zhì)透鏡I采用柱狀結(jié)構(gòu)，便于加工，尤其在毫米波對(duì)誤差的要求比較高。
[0023]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選陣列天線饋源5的頂端與柱狀介質(zhì)透鏡I下表面之間存在的間隙的寬度為4.5mm。這樣能夠確保陣列天線饋源5的相位中心完全與柱狀介質(zhì)透鏡I的焦點(diǎn)重合，使天線的增益的提高達(dá)到最大化。
[0024]如圖3所示，漸進(jìn)槽天線單元51包括設(shè)置在介質(zhì)基板4上表面的天線單元上表面金屬512、介質(zhì)基板4下表面的天線單元下表面金屬513及分別設(shè)置在天線單元上表面金屬512和天線單元下表面金屬513邊緣的邊緣鋸齒結(jié)構(gòu)511;天線單元上表面金屬512和天線單元下表面金屬513形成一個(gè)漸變的V型槽。
[0025]V型槽的形成，可以使在漸進(jìn)槽天線單元51產(chǎn)生的電磁場(chǎng)通過V型槽向外輻射，從而實(shí)現(xiàn)端射特性。其中，漸進(jìn)槽天線單元51的上下表面金屬采用的邊緣鋸齒結(jié)構(gòu)511屬于慢波結(jié)構(gòu)，使得行波的路徑變長(zhǎng)，可以提高阻抗帶寬。
[0026]其中，基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)53包括基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)上表面金屬地54和波導(dǎo)功分饋網(wǎng)53下表面金屬地;基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)上表面金屬地54的邊緣排布有若干金屬化過孔52。
[0027]陣列天線饋源5包括八個(gè)依次排布的漸進(jìn)槽天線單元51，基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)上表面金屬地54采用三級(jí)等幅同相的并聯(lián)功分結(jié)構(gòu)。兩個(gè)相鄰的漸進(jìn)槽天線單元51之間的間距為0.9λ0，其中λ0為自由空間中的波長(zhǎng)。
[0028]這兒的三級(jí)等幅同相的并聯(lián)功分結(jié)構(gòu)是指波導(dǎo)功分饋網(wǎng)上金屬化通孔52和上下表面金屬地形成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)從微帶線55側(cè)首先平均分成兩個(gè)支路，每個(gè)支路在平均分成兩個(gè)分子路，而每個(gè)分子路在平均分配成2個(gè)旁支路，從而形成三級(jí)等幅同相的并聯(lián)功分。
[0029]由于平面饋源柱狀介質(zhì)透鏡I天線的低剖面線主要取決于柱狀介質(zhì)透鏡I的直徑，本方案優(yōu)選柱狀介質(zhì)透鏡I采用介電常數(shù)為2.1的特氟龍材料，柱狀介質(zhì)透鏡I的直徑為60mm，長(zhǎng)度為120mm。采用這種尺寸的柱狀介質(zhì)透鏡I能夠更好的滿足無人機(jī)機(jī)翼安裝的防撞雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)天線的要求。
[0030]如圖4-6所示，下面結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本方案的平面饋源柱狀介質(zhì)透鏡I天線的性能進(jìn)行說明:
如圖4所示，其為本設(shè)計(jì)在X波段的平面饋源介質(zhì)透鏡天線的s參數(shù)圖，通過圖4的結(jié)果顯示，該實(shí)施例中的天線的-1OdB阻抗帶寬從33.6GHz到36.5GHz，共2.9GHz帶寬，完全能夠滿足防撞雷達(dá)的帶寬需求。
[0031]其中，圖5為在34.5GHz平面饋源介質(zhì)透鏡天線垂直面(Χ0Ζ面)方向圖；圖6為在34.5GHz平面饋源介質(zhì)透鏡天線水平面(Υ0Ζ面)方向圖。phi=0的面為xoz面，phi=90面為yoz面，結(jié)果顯示本設(shè)計(jì)具有筆狀波束的輻射方向圖，并且有較高的增益，且增益接近26dBi。
[0032]綜上所述，該平面饋源柱狀介質(zhì)透鏡I天線具有體積小，剖面較低，增益高，重量輕的特點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線，其特征在于:包括柱狀介質(zhì)透鏡、固定裝夾所述柱狀介質(zhì)透鏡的透鏡固定架和安裝在所述透鏡固定架自由端、用于固定介質(zhì)基板的饋源固定架;所述介質(zhì)基板上印制有陣列天線饋源，所述陣列天線饋源位于所述柱狀介質(zhì)透鏡的正下方，且所述陣列天線饋源的頂端與所述柱狀介質(zhì)透鏡下表面之間存在一間隙； 所述陣列天線饋源包括至少一個(gè)漸進(jìn)槽天線單元、與所述漸進(jìn)槽天線單元的基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)和與所述基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)連接的微帶線;所述漸進(jìn)槽天線單元的排布方向與所述柱狀介質(zhì)透鏡的軸向一致。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線，其特征在于:所述陣列天線饋源的頂端與所述柱狀介質(zhì)透鏡下表面之間存在的間隙的寬度為4.5mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線，其特征在于:所述漸進(jìn)槽天線單元包括設(shè)置在介質(zhì)基板上表面的天線單元上表面金屬、介質(zhì)基板下表面的天線單元下表面金屬及分別設(shè)置在天線單元上表面金屬和天線單元下表面金屬邊緣的邊緣鋸齒結(jié)構(gòu);所述天線單元上表面金屬和天線單元下表面金屬形成一個(gè)漸變的V型槽。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線，其特征在于:所述基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)包括基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)上表面金屬地和基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)下表面金屬地;所述基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)上表面金屬地的邊緣排布有若干金屬化過孔。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線，其特征在于:所述陣列天線饋源包括八個(gè)依次排布的漸進(jìn)槽天線單元，所述基片集成波導(dǎo)功分饋網(wǎng)采用三級(jí)等幅同相的并聯(lián)功分結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線，其特征在于:所述柱狀介質(zhì)透鏡采用介電常數(shù)為2.1的特氟龍材料，柱狀介質(zhì)透鏡的直徑為60mm，長(zhǎng)度為120mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的用于無人機(jī)平臺(tái)的平面饋源介質(zhì)透鏡天線，其特征在于:所述介質(zhì)基板為介電常數(shù)為2.2的TLY-5高分子介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的厚度為.0.508mmo
【文檔編號(hào)】H01Q19/06GK105846043SQ201610204952
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月5日
【發(fā)明人】邵振海, 李鵬凱, 宋鴻
【申請(qǐng)人】國鷹航空科技有限公司