一种正交结构的双频VICTS相控阵天线的制作方法

一种正交结构的双频victs相控阵天线
技术领域
1.本发明涉及victs天线领域，尤其涉及一种正交结构的双频victs相控阵天线。


背景技术：

2.随着对无线通讯要求的越来越高，以及科学技术水平的大幅度提升，作为无线通讯中收发信号的天线，也面临着种种近乎苛刻的高要求。现在，一个好的天线设计，可能具有低剖面、小型化、超宽带、高增益、功率容量大、多维度扫描、极化纯度高等一个或者多个特殊性能，但对于很多传统天线，显然不能满足这些要求。
3.微带天线是最常用的一种天线，因为它的制作简易、成本低廉、容易大批量的生产，同时又有很低的剖面，能够与各种蒙皮结构共形，不同的微带结构还可实现超宽带、多频段等性能。但是，随着频率的升高，微带天线的损耗会大幅增加。另外，微带天线对尺寸的敏感度十分高，稍微一点点的差别就会导致性能偏差，对选用的介质材料也是同样敏感，这就给加工带来了麻烦。
4.波导缝隙天线相比较微带天线而言，它的损耗就小的多，且功率容量很大，极化纯度又高。同时，一些波导缝隙天线还有赋形的能力，产生波瓣宽度较窄的主瓣等优点。但是，在高频率的工作频段，波导缝隙天线的设计就相当复杂，且对于加工精度的要求也十分高，这些缺点无疑制约着波导缝隙天线的使用。
5.在雷达系统中，传统抛物面天线由于其高效率、良好的方向图特性常得到应用，但是，抛物面天线也存在体积大、重量和成本高等缺点。
6.早在上个世纪 90 年代初期，位于美国的 hughes 航空公司就提出了一种连续横向支节天线 (cts, continuous transverse stub)，亦可称作平板无源相控阵（fppa, flatbed passive phased array），它的工作原理很像传统的缝隙天线，都是从漏波天线的理论出发。但不同的是，cts 天线是在传输结构为平行板的波导表面上，开连续的、且贯穿其表面的开路支节，通过这种变化，它可以达到近 70%的效率，且增益十分高，又能工作在高频带上，这就比传统的缝隙天线强了很多。
7.但是目前，仍然面临着以下问题需要解决：1、传统微带天线损耗大，工作效率低，稳定性差。
8.2、传统抛物面天线体积大，重量高。
9.3、cts天线波束固定，不可调，且工作频段单一，加工难度大。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种正交结构的双频victs相控阵天线。
11.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种正交结构的双频victs相控阵天线，包括辐射层和馈电层，所述辐射层和馈电层通过相对旋转，实现改变cts天线的相位；所述辐射层为cts阵列，采用正交结构实现，所
述正交结构具体为cts阵列具有两维，一维沿x轴正方向，为发射；另一维沿y轴正方向，为接收，实现天线收发共口径。
12.进一步的，所述cts阵列中为发射的一维的cts周期为p1，为接收的一维的cts周期为p2；周期p1与p2根据天线工作频率进行具体设计，其中，8mm《p1《p2《14mm。
13.进一步的，天线的辐射层和馈电层为圆形，半径为d，其中，天线口径d根据需求进行设计，口径d在300mm~800mm之间，天线整体高度在30mm-40mm之间。
14.进一步的，所述cts阵列内填充了液体固化材料。
15.进一步的，所述辐射层的cts阵列采用单元模块化设计，由多个cts单元模块组成，进行辐射层制作时，将加工好的cts单元模块按照预定结构放置于外框，通过树脂将各个cts单元进行封装固定，最后形成一整块cts阵列天线面。
16.进一步的，所述液体固化材料为树脂。
17.进一步的，所述馈电层由标准矩形波导输入，经过两个反射面式线源发生器，产生线源信号，通过二维慢波结构，对cts层进行激励，实现双频信号的输入。
18.本发明的有益效果：1、天线能够实现双频共口径工作，一个天线面同时可以实现信号发射与信号的接收。
19.2、天线效率大大提高，最高可达70%，其cts单元是一种跨越阵列宽度的线源，采用波导以及平板式波导进行馈电，相较于微带天线以及抛物面天线，损耗极低，馈入的能量大部分都能辐射出去。
20.3、天线采用纯机械结构，且波束形状特殊，能量集中，不会因为外来强烈干扰导致天线失效，抗干扰能力强。
21.4、天线采用扁平化设计，天线高度小于等于40mm，能够实现低剖面。
22.5、通过cts层与馈电层的相对旋转，能实现自由空间内7.5
°‑
80
°
波束扫描，大俯仰角扫描能力远高于电子相控阵天线。
23.6、采用独特的cts单元模块化设计，降低cts天线的加工难度，且具有低成本的优势。
24.7、采用树脂类液体可固化材料对cts单元进行封装，提高结构强度以及稳定性。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
26.图1是双频victs天线整体结构图。
27.图2是未填充液体固化材料的二维cts阵列结构图。
28.图3是填充液体固化材料的二维cts阵列结构图。
29.图4是部分2
×
2cts阵列单元结构。
30.图5是二维cts阵列横截面图。
31.图6是二维慢波馈电结构图。
32.图7是二维馈电层横截面示意图。
33.图8是ku频段10.7hz方向图。
34.图9是ku频段11.75hz方向图.图10是ku频段12.75hz方向图。
35.图11是ka频段27.5hz方向图。
36.图12是ka频段29hz方向图。
37.图13是ka频段31hz方向图。
具体实施方式
38.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
39.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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
40.在本实施例中，如图1所示，一种正交结构的双频victs相控阵天线，一种正交结构的双频victs相控阵天线，包括辐射层和馈电层，所述辐射层和馈电层通过相对旋转，实现改变cts天线的相位，能实现自由空间内7.5
°‑
80
°
波束扫描；所述辐射层为cts阵列（如图1中cts层），采用高隔离度的正交结构实现双频段共口径辐射器，实现双频信号的辐射；天线通过金属加工组合形成，本次案例选用铝做基材。
41.天线的辐射层和馈电层为圆形，半径为d，天线整体高度不超过40mm，其中，天线口径d根据需求进行设计，口径d在300mm~800mm之间，天线整体高度在30mm-40mm之间，优选地，馈电层高度为25mm，cts层高度为11.2mm。
42.在另一个实施例中，如图2所示，所述正交结构具体为cts阵列具有两维，一维沿x轴正方向，为发射；另一维沿y轴正方向，为接收，实现天线收发共口径。
43.cts阵列内填充了液体固化材料。
44.在另一个实施例中，如图4所示，所述辐射层的cts阵列采用单元模块化设计，由多个cts单元模块组成，进行辐射层制作时，将加工好的cts单元模块按照预定结构放置于外框，通过树脂将各个cts单元进行封装固定，最后形成一整块cts阵列天线面（如图3所示）。每个模块的大小为：l1
×
h1
×
w1，每个模块均小于20mm
×
20mm
×
20mm，每个模块单独加工，极大降低加工难度。如图5所示，cts阵列中为发射的一维的cts周期为p1，为接收的一维的cts周期为p2，周期p1与p2根据天线工作频率进行具体设计，其中，8mm《p1《p2《14mm。
45.在另一个实施例中，馈电层由标准矩形波导输入，接收端口波导型号为wr42（如图6中馈电端口2），发射端口波导型号为wr28（如图6馈电端口1），经过两个反射面式线源发生器，产生线源信号，通过二维慢波结构（如图7所示），对cts层进行激励，实现双频信号的输入；馈电层通过两组正交的慢波结构设计，实现接收和发射信号同时工作且互不干扰。
46.天线部分由两个反射面式波导、二维正交慢波馈电网络、二维正交cts阵列组成，分别通过两个正交的反射面式波导进行馈电，实现二维正交慢波馈电网络二维正交cts阵列天线等相位和特定功率分布馈电，分别产生用于接收和发射的十字形波束，同时，调整馈电层与cts层的相对夹角，实现空间中的波束扫描。
47.本发明主要包括1、基于victs天线技术的高隔离度正交结构双频共口径设计方案。
48.2、cts阵列单元模块化设计方案。
49.3、液体可固化材料对cts单元封装的设计方案。
50.以达到以下技术效果：1.可在任何射频/微波频段实现双频共口径工作天线，例如c、s、x、ku、ka、q等微波频段，本案例应用在ka频段。
51.2.具有可调十字形波束，能量集中，抗干扰性强，高指向性，高孔径效率，如图8、图9和图10为在各ku频段方向的波束形状图，图11、图12和图13为在各ka频段方向的波束形状图。
52.需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本技术所必须的。
53.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
54.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、rom、ram等。
55.以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。