一体化相控阵天线前端的制作方法

1.本发明涉及星载sar天线领域，具体地，涉及一种用于ka频段星载sar系统的一体化有源相控阵天线前端。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展，毫米波sar系统得到迅速的应用及发展。与之相应的，毫米波天线也面临着越来越高的性能要求。微带天线具有易加工，易共形等优点，因而被广泛用于毫米波天线设计中，但微带馈电网络存在较大损耗，降低了天线的辐射效率。波导缝隙天线具有损耗小、增益高的特点，但波导天线及波导网络不易集成，同时各部组件之间采用同轴电缆连接，结构笨重，导致阵列天线的前端占据较大的空间，影响了sar系统的集成。
3.经对现有技术的文献检索发现，电子科技大学的罗烜在其博士学位论文“低成本毫米波相控阵关键技术研究”研究了一系列的微带贴片天线阵列，并通过多层混压的技术将天线与馈电网络集成在同一介质板内，微带天线的辐射效率存在进一步提高的空间，同时微带网络也带来额外的损耗，杨亚兵等人在火控雷达技术2014年9月第43卷第3期发表论文“毫米波多功能有源相控阵天线设计与实现”，运用集成一体化设计思路，提出了一种基于单脊波导宽边缝隙阵的毫米波多功能有源相控阵天线系统设计与实现方案，但方案内采用串馈形式实现定标网络，不利于要求定标通道具有一致性的场合。


技术实现要素：

4.为克服现有技术存在的不足和改善其性能，本发明提供一种高性能的ka频段一体化相控阵天线前端，该天线具有剖面低，结构简洁的优点，易于组成规模更大的相控阵列，满足未来星载sar系统对于高性能阵列天线的需求。
5.本发明提供的一体化相控阵天线前端，包括：波导缝隙天线阵面、波导定标网络以及波导馈电网络；
6.所述波导缝隙天线阵面包括有多个个直线阵列，每个直线阵列包括若干个子线阵和一波导功分器；所述子线阵通过所述波导功分器连接至所述直线阵列的输出端；每一所述直线阵列的输出端与波导定标网络的对应的输入端连接；
7.所述波导缝隙天线阵面的输出端以及波导馈电网络的输入端用于连接有源器件；
8.所述波导定标网络和所述波导馈电网络设置在所述波导缝隙天线阵面的背板上。
9.优选地，所述波导定标网络包括多个h面波导t型结；
10.所述波导定标网络的多个输入端口通过多个h面波导t型结级联至所述波导定标网络的输出端，以使所述波导定标网络形成一分多的功分器。
11.优选地，所述直线阵列的输出端通过波导壁开孔耦合与波导定标网络的对应的输入端连接。
12.优选地，所述波导定标网络的输入端是一个定向耦合器；
13.所述波导定标网络设置有第一匹配端，第一匹配端设设置有吸波材料层。
14.优选地，所述波导馈电网络包括多个魔t；
15.所述波导馈电网络的多个输入端通过多个魔t级联至所述波导馈电网络的输出端，以使所述波导馈电网络形成一分多的功分器。
16.优选地，所述波导缝隙天线阵面的输出端与所述波导馈电网络的输入端采用盲插接口；
17.所述波导缝隙天线阵面的输出端与所述波导馈电网络的输入端通过转接头与后端的有源器件直接对插。
18.优选地，所述波导定标网络和所述波导馈电网络位于同一层，且以波导缝隙天线阵面作为承装载体，装载在缝隙阵面背面，三者可以一体化加工。
19.优选地，所述波导缝隙天线阵面的内部子线阵之间以及波导缝隙天线阵面与波导定标网络之间的连接采用波导结构。
20.优选地，所述波导定标网络、所述波导馈电网络以及所述波导缝隙天线阵面一体加工成型。
21.优选地，所述波导魔t设置有第二匹配端，所述第二匹配端设置有吸波材料层。
22.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
23.本发明针对毫米波天线的特点，将阵面天线、定标网络和馈电网络全部用波导形式实现，并通过一体化加工的方式进行集成，后端的有源放大组件采用盲插的转接头与前端连接，不需要使用任何同轴电缆，整体结构简洁，且容易扩展至规模更大的阵列，适用于毫米波sar系统。
附图说明
24.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
25.图1为本发明实施例中一体化相控阵天线前端的结构示意图；
26.图2为本发明实施例中波导缝隙天线内腔的结构示意图；
27.图3为本发明实施例中波导定标网络的结构示意图；
28.图4为本发明实施例中波导定标网络的输入端的定向耦合器的结构示意图；
29.图5为本发明实施例中波导馈电网络的结构示意图；
30.图6为本发明实施例中波导馈电网络中魔t的结构示意图。
31.图中：
32.1-波导缝隙天线阵面；2-波导定标网络；3-波导馈电网络；10-直线阵列；11-子线阵；12-波导功分器；13-直线阵列的输出端；14为波导壁开孔；20-波导定标网络的输入端口；21-h面波导t型结；22-波导定标网络的输出端口；23-第一匹配端；31-魔t；32-第二匹配端；33-波导馈电网络的输入端。
具体实施方式
33.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明
的保护范围。
34.毫米波天线由于尺寸较小，一般采用基于印刷工艺的微带贴片天线实现，但微带阵列中的馈电网络存在较大的损耗，降低天线的增益。
35.与微带天线相比，波导缝隙天线具有效率高的优点，但波导天线一般不易与其他器件集成，各个部组件之间的连接主要是由同轴电缆实现，当阵列规模较大，通道数较多时，同轴电缆将占用系统极大的空间，而且增加了链路的损耗，降低了通道的一致性。
36.本发明针对毫米波天线的特点，将阵面天线、定标网络和馈电网络全部用波导形式实现，并通过一体化加工的方式进行集成，后端的有源放大组件采用盲插的转接头与前端连接，不需要使用任何同轴电缆，整体结构简洁，且容易扩展至规模更大的阵列，适用于毫米波sar系统。
37.本发明采用波导缝隙天线作为天线单元，天线阵面具有高效率的辐射特性。采用波导形式实现定标网络和馈电网络，在电性能上，改善了通道的一致性，降低了通道的传输损耗，提高了天线的增益；在机械性能上，整个前端可以紧密集成，一体化加工，集成度较高。本发明相控阵天线前端不使用任何同轴电缆，结构紧凑，具有高集成度的优点。
38.本实施例中。
39.图1为本发明实施例中一体化相控阵天线前端的结构示意图，如图1所示，本发明提供的ka频段一体化相控阵天线前端，工作于ka波段的一体化相控阵天线前端，中心频率为f0,下边频0.993f0，上边频为1.007f0，包括波导缝隙天线阵面1、波导定标网络2和波导馈电网络3；
40.所述波导缝隙天线阵面1包括有n个直线阵列10，每个直线阵列10包括若干个小型的子线阵11和一波导功分器12。
41.图2为本发明实施例中波导缝隙天线内腔的结构示意图，如图2所示，所述子线阵通过所述波导功分器连接至所述直线阵列10的输出端；每一所述直线阵列10的输出端与波导定标网络2的对应的输入端连接。
42.在本发明实施例中，所述波导缝隙天线阵面1的输出端与所述波导馈电网络3的输入端采用盲插接口；
43.所述波导缝隙天线阵面1的输出端与所述波导馈电网络3的输入端通过转接头与后端的有源器件直接对插。
44.图3为本发明实施例中波导定标网络的结构示意图，如图3所示，所述波导定标网络2包括多个h面波导t型结21；
45.所述波导定标网络2的多个输入端口通过多个h面波导t型结21级联至所述波导定标网络2的输出端，以使所述波导定标网络2形成一分多的功分器。
46.图4为本发明实施例中波导定标网络的输入端的定向耦合器的结构示意图，如图4所示，所述直线阵列10的输出端13通过波导壁开孔14耦合与波导定标网络2的输入端20连接。
47.所述波导定标网络2的输入端是一个定向耦合器，所述波导定标网络2设置有第一匹配端23，第一匹配端23设设置有吸波材料层。
48.图5为本发明实施例中波导馈电网络的结构示意图，如图5所示，所述波导馈电网络3包括多个魔t31；
49.所述波导馈电网络3的多个输入端通过多个魔t31级联至所述波导馈电网络3的输出端，以使所述波导馈电网络3形成一分多的功分器。
50.图6为本发明实施例中波导馈电网络中魔t的结构示意图，如图6所示，所述波导魔t31设置有第二匹配端32，所述第二匹配端32设置有吸波材料层。
51.在本发明实施例中，所述波导定标网络2和所述波导馈电网络3位于同一层，且以波导缝隙天线阵面1作为承装载体，装载在缝隙阵面背面，三者可以一体化加工。
52.在本发明实施例中，所述的波导馈电网络3用于对后端的射频放大器进行合路或分路馈电，所述波导馈电网络3的输入端经后端的射频放大器与波导缝隙天线阵面1的输出端连接。
53.所述波导缝隙天线阵面1的内部子线阵之间以及波导缝隙天线阵面1与波导定标网络之间的连接采用波导结构。此外，若后端的射频放大器采用波导端口，则波导馈电网络3经射频放大器与波导缝隙天线阵面1的连接同样采用波导结构连接。
54.所述波导定标网络2、所述波导馈电网络3以及所述波导缝隙天线阵面1一体加工成型。
55.本发明实施例中，采用波导缝隙天线作为阵列天线阵面，天线单元具有高效率的辐射特性，天线前端采用波导形式实现波导定标网络及波导馈电网络，改善了各通道的一致性，降低了通道的传输损耗，提高了整体天线的增益；本发明通过波导结构集成了阵面与网络，整个前端避免使用同轴电缆，结构紧凑，集成度高；本发明实测性能良好，适于作为子阵列模块进行阵列扩展。
56.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。