双频段共口径天线系统的制作方法

1.本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种双频段共口径天线系统。


背景技术：

2.在通信和雷达领域，一个平台经常搭载多个频段的天线阵面，若各个频段的天线阵面独立布局时，所需空间较大，无法适用于小平台或高速运动的平台。共口径天线阵列是解决上述问题的一个可行性方案，因此共口径天线技术得到快速发展。
3.例如申请号为cn201811562745.1的中国发明专利，公开了一种双频共口径波导缝隙天线，其将ka波导缝隙天线设置于x波导缝隙天线上，以1拖2的形式，上下堆叠，实现共口径。再如公开号为cn106299723a的中国发明专利申请，公开了一种共口径天线，其中两个波段的天线上下堆叠实现共口径。申请号为cn201610372946.x的中国发明专利公开了一种波导微带共口径天线，将微带天线设置于脊波导裂缝天线两侧，实现共口径。上述的共口天线组成的相控阵列，由于两个波段的天线阵面存在高度差，在波瓣扫描时，高剖面的天线会对低剖面的天线单元形成遮挡，影响波瓣图特性。
4.为了进一步解决扫描波瓣遮挡问题，公开号为cn109904599a的中国发明专利申请，公开了一种k/ka双频段共口径天线阵，其中将k/ka两个波段的天线阵面设置于同一层介质基板，避免了遮挡问题，但是两套天线阵面仍相互独立，天线阵面口径上密级排布着辐射贴片，由于两者间距较近，互耦较大，会相互影响电性能，且集成度较差。申请号为cn201310538063.8的中国发明专利公开了一种用于二维相控扫描的双频双圆极化共口径天线阵，实现ka/ku双频段共口径，具有相同的剖面高度。在两个频段交叠取由8个ka频段天线围绕1个ku频段天线，在边缘部分，由ku频段天线组成。虽然通过调节边缘ku频段天线的间距，有利于降低副瓣和抑制栅瓣，但是共用部分由于相互嵌套，两个频段均很难实现低/超低副瓣要求，大大限制其应用场景。
5.综上所述，现已公开的口径天线阵列方案均是直接将两套不同频段的天线阵面通过上下堆叠、相互嵌套的方式实现共口径，只实现了阵面级的共口径，不可避免会存在扫描波瓣遮挡问题，或者很难实现低/超低副瓣。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于：
7.现有技术中天线存在扫描波瓣遮挡，或者很难实现低/超低副瓣的技术问题。
8.本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种双频段共口径天线系统，包括金属反射板，金属反射板上设置有非共用天线、共用天线、高频段带通滤波器、双工器、高频段收发模块、低频段收发模块、射频连接器、射频电缆组件；
9.所述高频段带通滤波器的一端通过射频电缆组件、射频连接器与非共用天线连接，高频段带通滤波器的另一端与高频段收发模块连接；
10.所述双工器的一端设置有射频总接口，另一端设置有低频段射频分接口、高频段
射频分接口；
11.所述双工器的射频总端口通过射频电缆组件、射频连接器与共用天线连接，低频段射频分接口与低频段收发模块连接，高频段射频分接口与高频段收发模块连接；
12.所述非共用天线的频带宽度至少覆盖低频段或高频段，所述共用天线的频带宽度至少同时覆盖低频段和高频段；
13.所述非共用天线与共用天线具有相同的剖面高度；
14.所述共用天线穿插设置于非共用天线之间。
15.本发明的天线系统具有相同的剖面高度。由于非共用天线与共用天线采用同一种天线剖面高度的宽带天线，不会存在扫描波瓣遮挡的问题；本发明天线系统可实现低/超低副瓣。由于非共用天线和共用天线组成的阵面排布规则，可以实现低/超低副瓣；本发明天线系统具有轻量化特点。传统的两套天线阵面共用一个阵面口径，对应两套相互独立的天线单元，而本发明由于阵面的部分天线单元是共用的，因此减少天线单元数量，降低系统总重量，对于对重量要求严苛机载/弹载/星载平台是非常关键的。另外，共用天线也节约了天线阵面口径的空间，可以有更多的空间设置校正线等其它装置。
16.优化的，所述非共用天线、共用天线设置于金属反射板上面；
17.所述射频连接器设置于金属反射板下面，射频连接器的内导体穿过金属反射板并与对应的非共用天线或者共用天线电连接。
18.优化的，所述非共用天线的天线类型为印刷振子天线、vivaldi天线、螺旋天线或喇叭天线中的一种；
19.所述共用天线的天线类型为印刷振子天线、vivaldi天线、螺旋天线或喇叭天线中的一种。
20.优化的，所述非共用天线与共用天线的天线类型相同；
21.所述非共用天线与共用天线具有相同的频带宽度。
22.实际工程应用中，非共用天线和共用天线采用同一种天线形式，具有相同频率带宽和剖面高度，能够简化阵面中天线类型、降低设计难度。
23.优化的，所述非共用天线包括第一水平极化天线和/或第一垂直极化天线；
24.所述共用天线包括第二水平极化天线和/或第二垂直极化天线；
25.所述非共用天线与共用天线至少有一种极化是相同的。
26.优化的，所述第一水平极化天线与第一垂直极化天线之间按照t字形、十字形或者l形分布；
27.所述第二水平极化天线与第二垂直极化天线之间按照t字形、十字形或者l形分布。
28.优化的，系统中高频段与低频段的频率比值为m；
29.共口径区域内，共用天线的数量与非共用天线的数量之比为n；
30.当m≥n+1时，所述共用天线阵列分布于非共用天线中。
31.优化的，当m≥n+1时，所述非共用天线、共用天线依次交替沿第一方向直线阵列分布形成第一阵列分布单元。
32.非共用天线、共用天线依次交替沿第一方向直线阵列分布，对于低频段和高频段天线系统，天线阵面均属于规则布阵，工程上容易实现低/超低副瓣。
33.优化的，所述第一阵列分布单元沿第二方向直线阵列分布，形成第二阵列分布单元，所述第二方向与第一方向垂直。
34.优化的，所述第二阵列分布单元的四周沿平行于第二阵列分布单元边缘方向阵列分布设置有非共用天线，其中平行于第一方向的非共用天线为行，平行于第二方向的非共用天线为列；
35.所述第二阵列分布单元的两侧各设置一行非共用天线，所述第二阵列分布单元的两侧各设置两列非共用天线。
36.该天线阵面中间高频段天线阵面口径大于低频段天线阵面口径，中间为低频段和高频段共口径区域，由非共用天线和共用天线组成，其中非共用天线覆盖的频带为高频段，共用天线同时覆盖低频段和高频段；阵面边缘非共口径由非共用天线组成，频段为高频段。
37.本发明的优点在于：
38.1.本发明的天线系统具有相同的剖面高度。由于非共用天线与共用天线采用同一种天线剖面高度的宽带天线，不会存在扫描波瓣遮挡的问题；本发明天线系统可实现低/超低副瓣。由于非共用天线和共用天线组成的阵面排布规则，可以实现低/超低副瓣；本发明天线系统具有轻量化特点。传统的两套天线阵面共用一个阵面口径，对应两套相互独立的天线单元，而本发明由于阵面的部分天线单元是共用的，因此减少天线单元数量，降低系统总重量，对于对重量要求严苛机载/弹载/星载平台是非常关键的。另外，共用天线也节约了天线阵面口径的空间，可以有更多的空间设置校正线等其它装置。
39.2.实际工程应用中，非共用天线和共用天线采用同一种天线形式，具有相同频率带宽和剖面高度，能够简化阵面中天线类型、降低设计难度。
40.3.非共用天线、共用天线依次交替沿第一方向直线阵列分布，对于低频段和高频段天线系统，天线阵面均属于规则布阵，工程上容易实现低/超低副瓣。
41.4.该天线阵面中间高频段天线阵面口径大于低频段天线阵面口径，中间为低频段和高频段共口径区域，由非共用天线和共用天线组成，其中非共用天线覆盖的频带为高频段，共用天线同时覆盖低频段和高频段；阵面边缘非共口径由非共用天线组成，频段为高频段。
附图说明
42.图1为本发明实施例中非共用天线的连接示意图；
43.图2为本发明实施例中共用天线的连接示意图；
44.图3为本发明实施例中双工器的示意图；
45.图4为本发明实施例中水平极化天线与垂直极化天线按照t字形分布的示意图；
46.图5为本发明实施例中水平极化天线与垂直极化天线按照十字形分布的示意图；
47.图6为本发明实施例中水平极化天线与垂直极化天线按照l形分布的示意图；
48.图7为本发明实施例中非共用天线、共用天线交替阵列分布的示意图；
49.图8为本发明实施例中非共用天线、共用天线非周期分布的示意图；
50.图9为本发明实施例中非共用天线与共用天线均匀设置的布局方式组成的共口径天线阵面示意图；
51.图10为本发明实施例中另一形式天线阵面的示意图；
52.其中，
53.非共用天线
‑
11；第一水平极化天线
‑
111；第一垂直极化天线
‑
112；
54.共用天线
‑
12；第二水平极化天线
‑
121；第二垂直极化天线
‑
122；
55.高频段带通滤波器
‑
21；
56.双工器
‑
22；射频总接口
‑
221；低频段射频分接口
‑
222；高频段射频分接口
‑
223；
57.高频段收发模块
‑
31；
58.低频段收发模块
‑
32；
59.金属反射板
‑
40；
60.射频连接器
‑
50；
61.第一阵列分布单元
‑
6；
62.第二阵列分布单元
‑
7。
具体实施方式
63.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。
64.综合参考图1
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4，一种双频段共口径天线系统，包括非共用天线11、共用天线12、高频段带通滤波器21、双工器22、高频段收发模块31、低频段收发模块32、金属反射板40、射频连接器50、射频电缆组件。
65.所述非共用天线11、共用天线12、高频段带通滤波器21、双工器22、高频段收发模块31、低频段收发模块32、射频连接器50、射频电缆组件设置在金属反射板40上。
66.如图1所示，所述高频段带通滤波器21的一端通过射频电缆组件、射频连接器50与非共用天线11连接，高频段带通滤波器21的另一端与高频段收发模块31连接，高频段收发模块31、射频电缆组件均为现有技术。
67.如图3所示，所述双工器22的一端设置有射频总接口221，另一端设置有低频段射频分接口222、高频段射频分接口223；如图2所示，所述双工器22的射频总端口221通过射频电缆组件、射频连接器50与共用天线12连接，所述射频连接器50为现有技术，低频段射频分接口222与低频段收发模块32连接，低频段收发模块32为现有技术，高频段射频分接口223与高频段收发模块31连接。
68.所述非共用天线11的频带宽度至少覆盖低频段或高频段，所述共用天线12的频带宽度至少同时覆盖低频段和高频段；所述非共用天线11与共用天线12具有相同的剖面高度；所述共用天线12穿插设置于非共用天线11之间。
69.具体的，如图4所示，所述非共用天线11、共用天线12设置于金属反射板40上面；所述射频连接器50设置于金属反射板40下面，射频连接器50的内导体穿过金属反射板40并与对应的非共用天线11或者共用天线12电连接。
70.所述非共用天线11的天线类型为印刷振子天线、vivaldi天线、螺旋天线或喇叭天线中的一种；所述共用天线12的天线类型为印刷振子天线、vivaldi天线、螺旋天线或喇叭天线中的一种。
71.所述非共用天线11与共用天线12的天线类型相同；所述非共用天线11与共用天线12具有相同的频带宽度。
72.如图4所示，所述非共用天线11包括第一水平极化天线111和/或第一垂直极化天线112；所述共用天线12包括第二水平极化天线121和/或第二垂直极化天线122；所述非共用天线11与共用天线12至少有一种极化是相同的。本实施例中，所述非共用天线11包括第一水平极化天线111和第一垂直极化天线112；所述共用天线12包括第二水平极化天线121和第二垂直极化天线122。
73.综合参考图4
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6，所述第一水平极化天线111与第一垂直极化天线112之间按照t字形、十字形或者l形分布；所述第二水平极化天线121与第二垂直极化天线122之间按照t字形、十字形或者l形分布。
74.系统中高频段与低频段的频率比值为m；共口径区域内，共用天线12的数量与非共用天线11的数量之比为n；当m≥n+1时，所述共用天线12阵列分布于非共用天线11中。
75.当m≥n+1时，所述非共用天线11、共用天线12依次交替沿第一方向直线阵列分布形成第一阵列分布单元6。例如，当高频段与低频段的频比定为m＝2.5，共用天线12数量与非共用天线11数量之比定为n＝1时，此时m≥n+1。非共用天线11与共用天线12规则交替设置于金属反射板40上，对于低频段和高频段天线系统，天线阵面均属于规则布阵，工程上容易实现低/超低副瓣，即如图7所示的状态。
76.进一步的，所述第一阵列分布单元6沿第二方向直线阵列分布，形成第二阵列分布单元7，所述第二方向与第一方向垂直，即如图9所示的状态。
77.进一步的，如图10所示，所述第二阵列分布单元7的四周沿平行于第二阵列分布单元7边缘方向阵列分布设置有非共用天线11，其中平行于第一方向的非共用天线11为行，平行于第二方向的非共用天线11为列；所述第二阵列分布单元7的两侧各设置一行非共用天线11，所述第二阵列分布单元7的两侧各设置两列非共用天线11。即，该天线阵面中间高频段天线阵面口径大于低频段天线阵面口径，中间为低频段和高频段共口径区域，由非共用天线11和共用天线12组成，其中非共用天线11覆盖的频带为高频段，共用天线12同时覆盖低频段和高频段；阵面边缘非共口径由非共用天线11组成，频段为高频段。
78.当m＜n+1时，可利用智能优化算法优化共用天线12的位置，实现栅瓣抑制。如图8所示，当高频段与低频段的频比定为m＝1.5，共用天线12数量与非共用天线11数量之比定为n＝1时，此时m＜n+1。对于高频段，天线阵面规则布阵，工程上容易实现低/超低副瓣；但是对于低频天线，阵面的平均单元间距较大，可能会出现栅瓣，为了降低栅瓣，可采用遗传算法、粒子群算法等智能优化算法，智能优化算法为现有技术，采用单元级或子阵级组成的非周期，可以有效实现栅瓣抑制，即如图8所示的状态。
79.工作原理：
80.本发明的天线系统具有相同的剖面高度。由于非共用天线与共用天线采用同一种天线剖面高度的宽带天线，不会存在扫描波瓣遮挡的问题；本发明天线系统可实现低/超低副瓣。由于非共用天线和共用天线组成的阵面排布规则，可以实现低/超低副瓣；本发明天线系统具有轻量化特点。传统的两套天线阵面共用一个阵面口径，对应两套相互独立的天线单元，而本发明由于阵面的部分天线单元是共用的，因此减少天线单元数量，降低系统总重量，对于对重量要求严苛机载/弹载/星载平台是非常关键的。另外，共用天线也节约了天
线阵面口径的空间，可以有更多的空间设置校正线等其它装置。
81.实际工程应用中，非共用天线11和共用天线12采用同一种天线形式，具有相同频率带宽和剖面高度，能够简化阵面中天线类型、降低设计难度。
82.非共用天线11、共用天线12依次交替沿第一方向直线阵列分布，对于低频段和高频段天线系统，天线阵面均属于规则布阵，工程上容易实现低/超低副瓣。
83.该天线阵面中间高频段天线阵面口径大于低频段天线阵面口径，中间为低频段和高频段共口径区域，由非共用天线11和共用天线12组成，其中非共用天线11覆盖的频带为高频段，共用天线12同时覆盖低频段和高频段；阵面边缘非共口径由非共用天线11组成，频段为高频段。
84.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。