水平波束的全向扫描单极子端射阵天线.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010430133.8 (22)申请日 2020.05.20 (71)申请人 中国电子科技集团公司第三十八研 究所 地址 230088 安徽省合肥市高新技术开发 区香樟大道199号 (72)发明人 邹文慢金谋平方佳张小林 王泉 (74)专利代理机构 合肥市浩智运专利代理事务 所(普通合伙) 34124 代理人 张景云 (51)Int.Cl. H01Q 1/48(2006.01) H01Q 1/50(2006.01) H01Q 9/30(2006.01) H01Q 19/10。

2、(2006.01) H01Q 21/00(2006.01) H01Q 21/06(2006.01) (54)发明名称 一种水平波束的全向扫描单极子端射阵天 线 (57)摘要 本发明公开了一种水平波束的全向扫描单 极子端射阵天线， 包括金属反射板、 端射阵天线 单元、 缝隙结构单元、 射频连接器； 所述端射阵天 线单元周期性排布在金属反射板上， 缝隙结构单 元周期性排布在金属反射板上， 缝隙结构单元设 置于相邻端射阵天线单元的正中间。 本发明给出 的单极子端射阵天线具有完全水平端向辐射的 波束， 解决了传统端射阵天线波束上翘的问题， 并且天线结构简单、 易于加工制造、 可靠性强。 权利要求书1页。

3、 说明书3页 附图3页 CN 111585020 A 2020.08.25 CN 111585020 A 1.一种水平波束的全向扫描单极子端射阵天线， 其特征在于： 包括金属反射板(1)、 单 极子端射阵天线单元(2)、 缝隙结构单元(3)、 射频连接器(4)； 所述的单极子端射阵天线单 元(2)周期性排布在金属反射板(1)上， 缝隙结构单元(3)周期性排布在金属反射板(1)上， 缝隙结构单元(3)设置于相邻两个单极子端射阵天线单元(2)正中间； 所述的射频连接器 (4)穿过金属反射板(1)给单极子端射阵天线单元(2)馈电。 2.根据权利要求1所述的一种水平波束的全向扫描单极子端射阵天线， 其。

4、特征在于： 所 述的单极子端射阵天线单元(2)与射频连接器(4)内导体一体化集成， 单极子端射阵天线单 元(2)的直径大于等于射频连接器(4)内导体的直径。 3.根据权利要求1或2所述的一种水平波束的全向扫描单极子端射阵天线， 其特征在 于： 所述的单极子端射阵天线单元(2)的高度Hm h/4， 单元间距为Wm h/2，h为最高工作 频率在自由空间的波长。 4.根据权利要求1或2所述的一种水平波束的全向扫描单极子端射阵天线， 其特征在 于： 所述的缝隙结构单元(3)直接刻蚀或采用微带板加工好表贴到金属反射板上。 5.根据权利要求1或2所述的一种水平波束的全向扫描单极子端射阵天线， 其特征在 于。

5、： 所述的缝隙结构单元(3)中的缝隙结构为两个相对的山字形， 两个山字形缝隙结构通过 中间缝隙连通； 所述缝隙结构单元(3)的尺寸为： L0Wm， L1L0/2， L2Wm/2,WfL2/4； 其中， L0为缝隙结构单元(3)的长度， L1为缝隙结构单元(3)弯折部分的长度， L2为缝隙结构单元 (3)的宽度， wf为缝隙结构单元(3)的缝隙宽度， Wm为单极子端射阵天线单元(2)的单元间 距。 6.根据权利要求5所述的一种水平波束的全向扫描单极子端射阵天线， 其特征在于： 所 述缝隙结构单元(3)内的所有缝隙结构宽度相同。 7.根据权利要求1或2所述的一种水平波束的全向扫描单极子端射阵天线，。

6、 其特征在 于： 所述缝隙结构单元(3)的数量大于或等于单极子端射阵天线单元(2)的数量。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111585020 A 2 一种水平波束的全向扫描单极子端射阵天线 技术领域 0001 本发明属于端射阵天线技术领域， 具体涉及一种水平波束的全向扫描单极子端射 阵天线。 背景技术 0002 相控阵天线的电扫描特性具备快速、 敏捷等优势已经广泛的应用于雷达和通信领 域。 目前， 侧射相控阵技术的发展已较为成熟， 也广泛的应用于雷达和通信领域。 对于侧射 阵来说， 要实现高增益则需要较大的阵面口径， 在一些如机载这样的小平台、 高增益的应用 场景下具有一定的局限性。 端射。

7、阵作为相控阵天线的形式之一， 其辐射方向是沿着阵列排 布的轴向也就是端射方向辐射， 因此在端射阵的应用中可以结合其辐射特性与平台共形等 方式实现小平台、 高增益的目的。 0003 目前端射阵天线技术工程化应用的案例中， 最具代表性的为美国诺斯罗普-格鲁 门公司研制的用于美国空军E-737预警机的端射阵天线(陈富生. “国外预警与控制系统飞 机的发展状况” ， 国防科工委情报研究所,1989.)， 但是由于采用的是单极子的端射阵天线， 受金属地板感应电流辐射的影响， 端射阵列天线本身的辐射方向图并没有水平的指向端射 方向， 因此需要从物理结构上将阵面前倾安装以实现水平的波束。 这种解决方式下， 。

8、天线工 作区域只能有效的保证前向空域的覆盖。 而从端射阵的研究分析中发现， 端射阵的辐射主 要包含端射单元自身的辐射、 以及金属地板感应电流产生的辐射两个部分。 端射单元自身 的辐射可以沿着阵列排布的轴向形成端射的方向图， 而地板感应的电流产生的辐射其方向 与地板成一定夹角， 因此端射单元自身的辐射与地板感应的电流产生的辐射在空间合成得 到的总的端射方向图受金属地板感应电流产生的辐射影响会产生上翘。 通常情况下， 当阵 列规模较小时， 波束的上翘角度会远大于10度。 如何有效的解决金属地板感应电流的辐射 是端射阵天线波束上翘抑制的关键思路之一。 0004 目前， 端射阵天线的应用仍然不成熟， 。

9、有限大端射阵列天线的波束上翘问题也没 有从天线自身辐射特性上得到根本的解决。 如何结合现有的技术手段， 在不影响端射天线 的辐射情况下使得端射阵天线具备水平端射的波束是其工程化应用的关键技术之一。 发明内容 0005 本发明所要解决的技术问题旨在提出一种结构简单、 方位面全向扫描、 具有水平 端射波束的单极子端射阵天线。 0006 本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的： 0007 一种水平波束的全向扫描单极子端射阵天线， 包括金属反射板(1)、 单极子端射阵 天线单元(2)、 缝隙结构单元(3)、 射频连接器(4)； 所述的单极子端射阵天线单元(2)周期性 排布在金属反射板(1)上， 。

10、缝隙结构单元(3)周期性排布在金属反射板(1)上， 缝隙结构单元 (3)设置于相邻两个单极子端射阵天线单元(2)正中间； 所述的射频连接器(4)穿过金属反 射板(1)给单极子端射阵天线单元(2)馈电。 说明书 1/3 页 3 CN 111585020 A 3 0008 优选的， 所述的单极子端射阵天线单元(2)与射频连接器(4)内导体一体化集成， 单极子端射阵天线单元(2)的直径大于等于射频连接器(4)内导体的直径。 0009 优选的， 所述的单极子端射阵天线单元(2)的高度Hm h/4， 单元间距为Wm h/ 2， h为最高工作频率在自由空间的波长。 0010 优选的， 所述的缝隙结构单元(。

11、3)直接刻蚀或采用微带板加工好表贴到金属反射 板上。 0011 优选的， 所述的缝隙结构单元(3)中的缝隙结构两个相对的山字形， 两个山字形缝 隙结构通过中间缝隙连通； ， 缝隙结构单元(3)的尺寸为： L0Wm， L1L0/2， L2Wm/2,WfL2/ 4； 其中， L0为缝隙结构单元(3)的长度， L1为缝隙结构单元(3)弯折部分的长度， L2为缝隙结 构单元(3)的宽度， wf为缝隙结构单元(3)的缝隙宽度， Wm为单极子端射阵天线单元(2)的单 元间距。 0012 优选的， 所述缝隙结构单元(3)内的所有缝隙结构宽度相同。 0013 优选的， 所述缝隙结构单元(3)的数量大于或等于单。

12、极子端射阵天线单元(2)的数 量。 0014 本发明的优点为： 0015 1、 在传统的单极子端射阵天线的金属地板上增加了缝隙结构单元(3)， 抑制了波 束的上翘， 实现了有限大单极子端射阵列天线水平端射的辐射波束； 0016 2、 单极子端射阵天线单元(2)与射频连接器(4)的内导体一体化集成， 结构简单， 有利于天线单元的加工制造， 同时调节单极子的直径可以达到改善天线单元阻抗匹配的作 用； 0017 3、 本发明结构简单、 加工难度低， 成本低。 附图说明 0018 图1为本发明88单元的单极子端射阵天线立体效果图； 0019 图2为本发明88单元的单极子端射阵天线侧视图； 0020 图。

13、3为本发明单极子端射阵天线单元立体结构图； 0021 图4为本发明单极子端射阵天线单元俯视图； 0022 图5为本发明缝隙结构单元的尺寸标注图； 0023 图6为本发明88单元的单极子端射阵天线与传统的88单元的单极子端射阵天 线在3GHz频点处的俯仰面辐射方向图对比结果； 0024 图7为本发明88单元的单极子端射阵天线在方位面水平全向扫描的方向图结 果。 具体实施方式 0025 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发明实施例， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是本发明一部 分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的。

14、实施例， 本领域普通技术人员在没有作出 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0026 实施例1： 说明书 2/3 页 4 CN 111585020 A 4 0027 本实施例中端射阵天线单元中心频率为3GHz， 单元尺寸大小为中心频率波长的 0.4倍。 如图1、 图2所示为本发明88单元的单极子端射阵天线， 包括金属反射板1、 单极子 端射阵天线单元2、 缝隙结构单元3、 射频连接器4。 单极子端射阵天线单元2的数量为64， 缝 隙结构单元3的数量为144， 射频连接器4的数量为64。 本实施例中射频连接器4内导体与单 极子一体化加工制造， 对单极子端射阵天线单。

15、元2进行馈电， 射频连接器4安装固定到金属 反射板2的同时可以实现对单极子端射阵天线单元2的安装固定。 0028 如图3所示， 本实施例中单极子端射阵天线单元2的单元间距为Wm， 单极子高度为 Hm， 单极子底部与金属反射板1的距离0， 避免单极子短路。 本实施例中Wm为40mm， Hm为20mm, 单极子底部与金属反射板1的距离为2mm。 本实施例中采用的是两个相对的山字形， 两个山 字形缝隙结构通过中间缝隙连通， 形成形的缝隙结构单元3， 并且缝隙结构单元3设 置于相邻单极子端射阵天线单元2的正中间， 因此单个单极子端射阵天线单元2的金属反射 板1有四个形一半的缝隙结构， 呈形， 如图3、。

16、 图4所示。 0029 如图5所示， 为缝隙结构单元3的尺寸标注图， 其关键尺寸为： L0Wm， L1L0/2， L2 Wm/2,WfL2/3。 本实施例中L0为26mm， L1为12mm， L2为12mm， Wf为3mm。 其中， L0为缝隙结构的 长度， L1为缝隙结构弯折部分的长度， L2为缝隙结构的宽度， wf为缝隙结构的缝隙宽度， Wm 为单极子端射阵天线单元2的单元间距。 本实施例中， 缝隙结构中所有缝隙宽度相等。 0030 本实施例88单元的单极子端射阵天线和无缝隙结构单元3的传统88单元的单 极子端射阵天线中心频率俯仰面辐射方向图结果对比曲线如图6所示， 可以看出传统88 单元。

17、的单极子端射阵天线波束的增益最大值指向为72.5度， 与理论的90度端射方向有17.5 度的波束上翘， 本发明的88单元的单极子端射阵天线波束的增益最大值指向为90度， 实 现了完全水平端向的辐射， 解决了波束上翘问题。 0031 本实施例中88单元的单极子端射阵天线具有对称性， 其方位面内的水平全向扫 描方向图也具有对称性。 如图7所示为045度范围内以15度为间隔的扫描波束结果曲线， 45360度范围内的结果可以根据对称性得到。 从图7可以看出本发明中的单极子端射阵天 线具有水平全向扫描的能力。 0032 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的详细说明， 不能认定本发明 具体实施仅限于这些说明。 对于本发明所属技术领域的技术人员来说， 在不脱离本发明构 思的前提下， 做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确 定的发明保护范围。 说明书 3/3 页 5 CN 111585020 A 5 图1 图2 说明书附图 1/3 页 6 CN 111585020 A 6 图3 图4 图5 说明书附图 2/3 页 7 CN 111585020 A 7 图6 图7 说明书附图 3/3 页 8 CN 111585020 A 8 。