本實(shí)用新型涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種S波段光控相控陣單元天線。

背景技術(shù)：

近年來，各類需求使得相控陣技術(shù)不斷發(fā)展，光控相控陣天線已成為各國學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。例如，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，為了提高相控陣?yán)走_(dá)對(duì)目標(biāo)的分辨、識(shí)別能力和解決目標(biāo)的雷達(dá)成像問題，要求雷達(dá)具有大的瞬時(shí)信號(hào)帶寬。同時(shí)，為減小雷達(dá)信號(hào)被截獲的概率和降低反輻射導(dǎo)彈的威脅，通常采用具有大瞬時(shí)帶寬的擴(kuò)譜信號(hào)。但是，基于移相器的相控陣?yán)走_(dá)天線在進(jìn)行寬角掃描時(shí)，由于渡越時(shí)間和孔徑效應(yīng),使得信號(hào)的瞬時(shí)帶寬受限。

為了實(shí)現(xiàn)相控陣的寬帶寬角掃描,必須使用實(shí)時(shí)延遲線TTD(True Time Delay)取代常規(guī)相控陣中的移相器，但因數(shù)量太多給工程實(shí)現(xiàn)帶來困難，折衷的方法是在相控陣的子陣級(jí)上引入TTD進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償。傳統(tǒng)的TTD是由波導(dǎo)或同軸電纜構(gòu)成的，對(duì)一個(gè)口徑20m大型相控陣天線，在掃描角為60°時(shí),TTD的長度約為17m，如此長的波導(dǎo)或同軸電纜，無論是對(duì)寬帶信號(hào)的傳輸損耗還是工程實(shí)現(xiàn)，都將帶來不便。如果將微波信號(hào)調(diào)制在光纖上，用光纖作為TTD，稱為OTTD(Optical True Time Delay),由于光載波頻率極高，信號(hào)帶寬相對(duì)光載波頻率極小，線路具有穩(wěn)定的傳輸特性。同時(shí)將使系統(tǒng)重量減輕,體積減小,無相互輻射干擾。

在相控陣天線中，天線陣列是由多個(gè)輻射單元按一定規(guī)律排成陣列，輻射單元的輻射特性直接影響天線陣的輻射特性，為了使陣列因子能決定陣性能， 必須使輻射單元在掃描角范圍內(nèi)其增益不變，而在掃描角范圍外沒有輻射，這樣的輻射單元就是理想的。此時(shí)天線陣列的輻射特性在掃描范圍內(nèi)完全由陣列因子決定，而且在掃描角范圍外沒有輻射。而實(shí)際上的增益被單元方向性加權(quán)，輻射單元方向性嚴(yán)重影響陣列天線的波束指向的精度。在相控陣單元天線的設(shè)計(jì)方面，準(zhǔn)八木天線由于其交叉極化小，增益穩(wěn)定，前后比高，易于構(gòu)成陣列等特點(diǎn)受到廣泛的研究，但其天線增益和相對(duì)帶寬還有待增強(qiáng)。

八木天線由一個(gè)主振子、一個(gè)反射器和若干個(gè)引向器組成。微帶準(zhǔn)八木天線主要有兩部分組成：上半部分為輻射部分，包括印刷偶極子和引向器；下半部分實(shí)現(xiàn)了微帶線到共面帶線(CPS)的轉(zhuǎn)換。微帶線的兩個(gè)臂相差半波長，以實(shí)現(xiàn)共面帶線的寄模激勵(lì)，因而起到一個(gè)寬帶巴倫的作用，微帶線背面截?cái)嗟慕拥孛嫫鸬椒瓷淦鞯淖饔谩?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種S波段光控相控陣單元天線，該天線解決了傳統(tǒng)準(zhǔn)八木天線的增益和相對(duì)帶寬有待增強(qiáng)的問題。

本實(shí)用新型通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種S波段光控相控陣單元天線，包括介質(zhì)基板、三個(gè)引向器、一對(duì)激勵(lì)振子、一個(gè)反射振子和微帶饋線；其中，介質(zhì)基板包括正面和背面，引向器、激勵(lì)振子和反射振子位于介質(zhì)基板的正面，微帶饋線位于介質(zhì)基板的背面；所述的介質(zhì)基板的正面設(shè)置覆銅的引向器、激勵(lì)振子和反射振子，其中三個(gè)引向器、激勵(lì)振子與反射振子從上往下依次設(shè)置于介質(zhì)基板。

作為優(yōu)選，所述的介質(zhì)基板采用FR4環(huán)氧樹脂基板，其相對(duì)介電常數(shù)為4.4，損耗角正切為0.025，厚度為1.6mm。

作為優(yōu)選，所述的三個(gè)引向器中位于頂端的引向器中間開縫。

作為優(yōu)選，所述的介質(zhì)基板的背面微帶饋線采用G形微帶饋電結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，天線采用印刷結(jié)構(gòu)，反射振子既可作為天線的反射器，又可作為微帶饋線的地板。

作為優(yōu)選，所述的三個(gè)引向器位于介質(zhì)基板的中上部，激勵(lì)振子與反射振子相連且位于介質(zhì)基板的中下部，所述的一對(duì)激勵(lì)振子左右對(duì)稱設(shè)置于介質(zhì)基板，所述的激勵(lì)振子和微帶饋線分別設(shè)置在介質(zhì)基板正面和背面的同一高度位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果：本實(shí)用新型在繼承典型準(zhǔn)八木天線優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過改變巴倫、振子的長度和寬度提高S波段光控相控陣單元天線的帶寬，在天線背面采用“G”形微帶饋電方式來改變S波段光控相控陣單元天線的波束寬度，增加引向器并在頂端引向器中間開縫進(jìn)一步增加S波段光控相控陣單元天線的增益和輻射強(qiáng)度，并采用了微帶印刷技術(shù)進(jìn)行了平面低剖面設(shè)計(jì)，反射振子、激勵(lì)振子和引向器衍變?yōu)楦街诮橘|(zhì)基板的覆銅部分，由于采用了印刷結(jié)構(gòu)，饋電為微帶線饋電，同時(shí)利用耦合饋電技術(shù)，反射振子部分既可作為S波段光控相控陣單元天線的反射器，又可作為微帶饋線的地板，激勵(lì)振子的兩個(gè)臂均和地板相連，這樣可便于滿足兩臂饋電的平衡，同時(shí)只需要調(diào)整微帶線的寬度和耦合部分的長度即可實(shí)現(xiàn)良好的阻抗匹配。通過Ansoft HFSS電磁仿真軟件進(jìn)行仿真并與天線的實(shí)際測(cè)試做對(duì)比，結(jié)果表明：駐波比(VSWR)2的相對(duì)帶寬達(dá)到40％，在中心頻點(diǎn)2.4GHz最大增益為6dB。此種改進(jìn)方式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能有效地提高天線的帶寬和增益。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型天線正面圖(向右倒置)；

圖2為本實(shí)用新型天線背面圖(向右倒置)；

圖3為本實(shí)用新型天線整體結(jié)構(gòu)示意圖(向右倒置)，其中，介質(zhì)基板1、引向器2、激勵(lì)振子3、反射振子4、微帶饋線5；

圖4為本實(shí)用新型天線輸入反射系數(shù)實(shí)測(cè)仿真對(duì)比圖；

圖5為本實(shí)用新型天線增益實(shí)測(cè)仿真對(duì)比圖；

圖6為本實(shí)用新型天線電壓駐波比實(shí)測(cè)仿真對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例，如圖1、2和3所示，一種S波段光控相控陣單元天線包括：介質(zhì)基板1、三個(gè)引向器2、一對(duì)激勵(lì)振子3、一個(gè)反射振子4、微帶饋線5；所述介質(zhì)基板1采用FR4材料，其相對(duì)介電常數(shù)為4.4，損耗角正切為0.025，厚度為1.6mm；介質(zhì)基板1的正面設(shè)置覆銅的引向器2、激勵(lì)振子3和反射振子4，其中三個(gè)引向器2、激勵(lì)振子3與反射振子4從上往下依次設(shè)置于介質(zhì)基板，三個(gè)引向器2位于介質(zhì)基板1的中上部，激勵(lì)振子3與反射振子4相連且位于介質(zhì)基板1的中下部；介質(zhì)基板1的背面則設(shè)置微帶饋線5，一對(duì)激勵(lì)振子3左右對(duì)稱設(shè)置于介質(zhì)基板1。

三個(gè)引向器2中位于頂端的引向器2中間開縫，通過改變引向器2的長度其縫隙的寬度可以優(yōu)化天線的阻抗帶寬和增益。

激勵(lì)振子3與反射振子4相連，通過改變激勵(lì)振子3的長度和激勵(lì)振子3與反射振子4之間的距離可以優(yōu)化天線的差值損耗、增益和諧振頻率。

本實(shí)用新型采用微帶線耦合饋電結(jié)構(gòu)，引向器2數(shù)目的增加以及頂端引向器2的開縫技術(shù)有效的提高了天線的帶寬和增益。

原理說明，本實(shí)用新型S波段光控相控陣單元天線尺寸的計(jì)算如下：

根據(jù)微帶準(zhǔn)八木天線的參數(shù)計(jì)算公式：激勵(lì)振子單元的長度應(yīng)為0.5λ_g，引向器的長度應(yīng)為0.45λ_g，反射器與激勵(lì)振子的距離應(yīng)為0.25λ_g，激勵(lì)振子與引向器的間距及各引向器間的距離都相等，一般為0.2λ_g，其中λ_g為天線的等效波長它的計(jì)算公式為：

式中：c代表電磁波在自由空間中傳播的速度；ε_r代表介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)；f代表頻率。

振子寬度的計(jì)算公式：

式中：f_r是天線的諧振頻率。

本實(shí)用新型S波段光控相控陣單元天線達(dá)到了如下工作參數(shù)：工作帶寬在2.34-2.49GHz天線反射系數(shù)<-10dB；中心頻點(diǎn)2.4GHz處天線增益6dBi；極化方式為線極化。

如圖1所示，本實(shí)用新型其正面的微帶線由參數(shù)a、h1、b1、b2所決定，這4個(gè)參數(shù)值分別為0.7mm、40.9mm、3.4mm、3.2mm；天線背面包含激勵(lì)振子、引向器、反射振子由L、W、H、L1、L2、w1、w2、d1、d2、g這10個(gè)參數(shù)值分別為125mm、90mm、20mm、26m、28mm、20mm、5mm、13mm、20mm、1mm。