一种低剖面宽带宽角扫描金属天线单元的制作方法

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明属于雷达技术、无线通信技术领域，具体涉及一种低剖面宽带宽角扫描金属天线单元。背景技术：2.随着现代通信技术与电子系统的快速发展，雷达系统对天线提出了越来越高的要求，尤其是相控阵天线对各个领域的涉足，使得天线的性能需求不断增加。首先，随着空间使用率不断增加，要求天线结构具有低剖面特点以实现天线阵的集成化、小型化；其次，为了使得不同频段的雷达系统均能正常工作，要求天线具有较宽的工作带宽；此外，还要求天线具有一定的宽角扫描能力以实现足够的空域覆盖。3.当前大多数带宽较宽（带宽大于60%）低剖面天线其剖面高度不会低于低频波长的四分之一，且其宽角扫描能力比较弱。更低剖面且兼具一定扫描能力的宽频带相控阵天线单元形式较少。为了更好地适应当前相控阵天线功能多样化、全面化的应用需求，一款兼具宽频带、低剖面且具有一定宽角扫描能力的相控阵天线单元亟待被设计。技术实现要素：4.为解决上述问题，本发明公开了一种兼具宽频带、低剖面、宽角扫描能力的相控阵天线单元。5.一种全金属相控阵天线单元，天线单元包括两片关于单元中轴线左右对称的金属片，金属片底端设有反射板，所述金属片为厚度均匀统一的一体化设计，包括辐射片、地柱和馈电柱；其中，辐射片为展开的翼型，其向下延伸为接地柱与馈电柱，并通过接地柱与底端的反射板连接；馈电柱以不平衡馈电的形式为天线单元馈电。6.作为优选，辐射片关于单元中轴线对称，呈展开的翼型，用于辐射能量，所述天线单元的剖面高度为辐射片末端的高度与反射板之间的距离。7.作为优选，辐射片的翼型边缘线包括第一鳍线和第二鳍线，第一、第二鳍线均向外空间渐开，且第一、第二鳍线均为关于指数方程的曲线，分别表示为x1=a×e^(z/k1)+b、x2=c×e^(z/k2)+d，其中，系数a∈(0,10),b∈(-30,0),c∈(-2000,0),d∈(0,30),k1∈(0,20),k2∈(-2,0)。8.作为优选，由辐射片向下延伸得到的接地柱与馈电柱中，接地柱为远离单元中轴线的一端，均直接连接反射板；馈电柱为近单元中轴线的一端，其中，一片金属片的馈电柱直接连接反射板，另一片金属片的馈电柱与反射板之间留有间隙，并与smp连接器内导体相连接，其中，所述smp连接器设于反射板下表面，该连接器内导体向上延伸与馈电柱接触。9.作为优选，反射板为方形金属板，通过调整反射板的尺寸增大天线单元扫描角。10.有益效果（1）本发明公开的低剖面宽带宽角扫描金属天线单元具有极低的剖面高度，能够达到最低频点波长的六分之一，而一般低剖面单元达到最低频点波长的四分之一已经极为不错；（2）本发明公开的的金属天线单元具有宽频带特性，单元带宽至少达到66.6%的宽频带；（3）本发明公开的的金属天线单元具有宽角扫描特性，能够通过调节反射板尺寸增大其扫描角，在大扫描角度下的有源驻波小于3。附图说明11.图1为本发明一个实施例的天线单元正视图；图2为本发明一个实施例的天线单元侧视图；图3（a）、图3（b）为本发明一个实施例的s单元厚度及其他各尺寸标注图；图4为本发明一个实施例的s单元带内无源驻波；图5为本发明一个实施例的s单元e面扫描45°内有源驻波；图6为本发明一个实施例的s单元中心频点方向图。12.附图标记：1-第一辐射片，2-第二辐射片，2.1-第一鳍线，2.2-第二鳍线，3-第一接地柱，4-第二接地柱，5-第一馈电柱，6-第二馈电柱，7-smp连接器，8-反射板。具体实施方式13.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。14.本发明公开了一种低剖面宽带宽角扫描金属天线单元，其既具有极低剖面、又具有足够大的带宽且可进行宽角扫描，可以很好地匹配相控阵天线多样化的需求。15.如图1至图2所示，全金属相控阵天线包括关于单元中轴线对称的左右两部分金属片，均通过螺钉固定于金属反射板8上。金属片按照功能划分为辐射片、接地柱和馈电柱，其中，金属片整体为厚度均匀统一的一体化设计，辐射片向下垂直延伸为接地柱与馈电柱；两片金属片中的辐射片、接地柱呈对称分布，馈电柱的位置对称，长度及连接方式不对称。16.金属片厚度均匀，包括第一金属片、第二金属片，第一、第二金属片分别包括第一辐射片1和第二辐射片2，两片辐射片为向外空间展开的翼型形状或称为叶片型，包括第一鳍线2.1和第二鳍线2.2，第一、第二鳍线相连接形成类平行四边形，其中，第一鳍线2.1与第二鳍线2.2均为关于指数函数e的曲线。反射板所在平面一维方向为x轴，第二馈电柱6近中轴线一侧的边界线为y轴（边界线垂直于反射板），则辐射片第一鳍线2.1曲线方程为x1=a×e^(z/k1)+b，x2=c×e^(z/k2)+d，其中，a∈(0,10),b∈(-30,0),c∈(-2000,0),d∈(0,30),k1∈(0,20),k2∈(-2,0)。17.金属片整体的剖面高度为辐射片的末端高度即第一鳍线2.1的末端高度与金属反射板8之间的高度。18.第一金属片、第二金属片分别包括第一馈电柱5和第二馈电柱6，第一馈电柱5的底端与反射板8的上表面之间留有间隔，不直接相连，反射板8下表面smp连接器7内导体向上延伸与第一馈电柱5接触；第二馈电柱6直接与反射板8相连。与反射板8连接方式的不对称性使得馈电柱以不平衡馈电的形式给单元进行馈电。第一金属片、第二金属片分别包括第一接地柱3与第二接地柱4，其底部分别与反射板8连接，以抑制由于馈电柱的不平衡馈电方式而导致的共模谐振而使单元工作带宽减小的不良影响，增加天线单元的工作带宽。反射板8主要功能是增大天线单元的接收增益以及阻挡来自背向的电磁干扰。19.实施例：本实施例基于一个s频段的天线单元，给出仿真示例。s频段单元工作于2-4ghz，带宽66.6%，其具体尺寸如下图3（a）、图3（b）所示。单元剖面高度h为24.5mm，小于最低频率波长的六分之一；单元厚度d为4mm；接地柱宽度w1为2.15mm,中心距离单元中轴线距离x1为10mm；馈电柱宽度w2为4mm，中心距离单元中轴线距离x2为3mm，馈电柱1距离反射面高度hh为1mm；辐射片第一鳍线2.1起点高度z1为18mm，终点高度为h；以反射板所在平面一维方向为x轴，垂直于反射板的第二馈电柱6近中轴线一侧的边界线为y轴，则辐射片第一鳍线2.1曲线方程为x1=5.96×e^(z/12)-25.71；辐射片鳍线2起点高度z2为7mm，终点高度为h，曲线方程为x2=-2102.49×e^(-z/1.42)+20.20。反射板为43.5mm×43.5mm的正方形金属板。20.天线单元频带内无源仿真驻波图如下图 4所示，可以看到无源驻波在全频带内小于1.65。天线单元e面扫描45°范围内有源驻波如下图 5所示，可知单元在e面扫描45°范围内其有源驻波小于2.8，证明其可进行宽角扫描。单元中心频点方向图如下图 6所示，其法向增益为3.76db,波束宽度约94°。21.示例中仅为s频段单元，追求其剖面高度的降低，已降低至最低频点波长的六分之一，而单元可扫描角度由反射板尺寸大小决定，因此可在此基础上对单元的剖面高度，反射板尺寸等参数进行修改，设计出扫描角度更大且剖面高度也相对较低的单元。22.本发明的天线单元为一体化设计，材质为金属，单元具有极低的剖面高度，上述示例中可以看到其剖面高度仅为最低频点波长的六分之一，而一般低剖面单元达到最低频点波长的四分之一已经极为不错；此外其具有宽频带特性，上述示例中可以看到单元带宽至少达到66.6%的宽频带；最后单元具有宽角扫描特性，其在大扫描角度下的有源驻波小于3，示例中扫描角为45°，实际可调节反射板尺寸增大其扫描角，也说明其具有宽角扫描的能力。23.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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