阅读说明：本技术 一种电扫天线 (Electric scanning antenna ) 是由 李霞 孙浩 高静 胡卫东 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及天线领域,具体是涉及一种电扫天线。包括天线基座和用于传输信号的辐射单元,辐射单元设置在天线基座的上顶面和从上顶面向下延伸的坡面上。平面电扫天线用于信号传输的各个辐射单元位于同一个平面上。本发明的各个辐射单元分布在棱台或圆台状的天线基座上,以此使得各个辐射单元构成立体电扫天线,而立体电扫天线的信号覆盖范围大于平面电扫天线的信号覆盖范围。(The invention relates to the field of antennas, in particular to an electric scanning antenna. Including antenna base and the radiating element who is used for transmitting signal, radiating element sets up on antenna base's last top surface and the domatic of following the upper top surface downwardly extending. The radiating elements of the planar electric scanning antenna for signal transmission are positioned on the same plane. The radiating units are distributed on the prismatic table or circular table-shaped antenna base, so that the radiating units form the three-dimensional electric scanning antenna, and the signal coverage range of the three-dimensional electric scanning antenna is larger than that of the planar electric scanning antenna.)

一种电扫天线

技术领域

本发明涉及天线领域，具体是涉及一种电扫天线。

背景技术

天线作为一种用来发射或接收无线电波的部件，在无线通信系统中起到了举足轻重的作用，是无线通信系统中不可缺少的组成部分。随着高频卫星通信系统、雷达、无线通信系统，尤其是全球4G和5G网络建设的飞速发展，对天线的要求也越来越高。正是由于这样的需求，各类电扫天线得到蓬勃发展。

现有的电扫天线的波束覆盖范围小，无法实现信号全向覆盖，以此降低了电扫天线收发信号的能力。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电扫天线，增大了电扫天线的波束覆盖范围，以此提高了电扫天线收发信号的能力。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种电扫天线，包括天线基座和用于传输信号的辐射单元，所述辐射单元设置在天线基座的上顶面和从上顶面向下延伸的坡面上。

进一步，所述辐射单元包括喇叭结构，位于喇叭结构内部沿喇叭结构轴向依次设置的内部微带板，位于喇叭结构底部的底部微带板，穿过各个微带板的用于信号传输的导体；

所述底部微带板固定在天线基座上，所述喇叭结构朝向天线基座的底部开口尺寸小于顶部开口尺寸，各个所述微带板的板面均与喇叭结构的轴向方向相垂直；

所述内部微带板朝向喇叭结构顶部开口的板面上设置有微带贴片，所述导体穿过微带贴片。

进一步，内部微带板包括依次设置的第一微带板、第二微带板、第三微带板，所述第一微带板靠近喇叭结构的顶部开口，所述第三微带板靠近喇叭结构的底部开口；

所述微带贴片包括设置在第一微带板上板面的第一微带贴片，设置在第二微带板上板面的第二微带贴片，所述第一微带板上板面和第二微带板上板面均朝向喇叭结构的顶部开口，所述第一微带贴片和第二微带贴片同轴设置；

或者，所述微带贴片包括分别设置在第一微带板上板面、第二微带板上板面以及第三微带板上板面的微带贴片，各个微带贴片均同轴设置。

进一步优选的，所述第二微带贴片在第一微带贴片上的投影位于第一微带贴片内部。

进一步优选的，所述第一微带贴片和第二微带贴片均为正方形状，所述第一微带贴片的四个边部均设置有第一匹配块，所述第一匹配块沿第一微带贴片边部方向的长度小于第一微带贴片的边部长度；所述第二微带贴片的边部和第一匹配块相对应的位置处设置有第二匹配块，所述第二匹配块沿第二微带贴片边部方向的长度小于第二微带贴片的边部长度。

进一步，所述喇叭结构包括圆柱段，与圆柱段同轴设置位于圆柱段上部的圆台段；所述圆台段从靠近圆柱段一侧至远离圆柱段一侧的口径逐渐增大；

所述第一微带板、第二微带板、第三微带板位于圆柱段的内部远离圆台段的一侧；所述底部微带板为设置在圆柱段底部的第四微带板，且圆柱段在第四微带板上的投影位于第四微带板的内部。

进一步，穿过各个微带板以及穿过各个微带贴片的导体为金属柱；电扫天线还包括用于连接天线的发射模块和接收模块的连接器，所述连接器和金属柱之间连接有馈电网络，所述馈电网络分布在第四微带板的下板面上。

进一步优选的，所述金属柱的数量为两个，所述金属柱与第一微带贴片相接触的区域以及与第二微带贴片相接触的区域构成馈点。

进一步优选的，所述天线基座包括棱台状或圆台状的基座主体和位于基座主体内部的腔体以及设置在腔体内壁上的通孔，所述腔体的开口位于基座主体的下底面上；所述辐射单元设置在基座主体的上顶面和周侧面上；

所述辐射单元还包括固定在基座主体上部的壳体，所述圆柱段以及第四微带板位于壳体的内部，且第四微带板固定在基座主体上部，所述壳体朝向基座主体的下端面设置有与通孔相连通的开口，所述第四微带板位于开口处。

进一步优选的，所述壳体的上端面设置有空腔的定位圆柱，所述壳体的上端面设置有与定位圆柱相连通的开口，所述圆台段经该开口伸入至定位圆柱内。

本发明的有益效果如下：

(1)平面电扫天线用于信号传输的各个辐射单元位于同一个平面上。本发明的天线基座包括上顶面和从上顶面向下延伸的坡面，辐射单元分布上顶面和坡面，以此使得各个辐射单元构成立体电扫天线，而立体电扫天线的信号覆盖范围大于平面电扫天线的信号覆盖范围。

另外，本发明的辐射单元分布在天线基座位于不同方向的坡面和上顶面上，可以根据实际使用需要选择位于不同方向的辐射单元，增加了电扫天线信号传输的方向性。

(2)辐射单元由四层微带板和三层半固化板粘合组成，第一微带板和第二微带板的上板面设置有微带贴片，构成辐射贴片层，第三微带板和第四微带板的下板面为馈电网络层，因此在第一微带板和第二微带板的上板面设置微带贴片，在不增大天线尺寸的前提下，有效的增加了天线的工作带宽。

(3)辐射单元的喇叭结构由底部圆柱状渐变为圆台状，在保证了天线的波束宽度前提下，又相应的提高了天线的增益，即提高了天线收发信号的能力。

(4)本发明设置了两个金属柱，每个金属柱在第一微带贴片和第二贴片上分别构成了四个馈点，四个馈点相互配合，以此实现了±50°的宽波束范围内的轴比＜3的圆极化性能，进而减小了极化失配带来的损失，提高了电扫天线收发信号的能力。

(5)位于上方的第一微带贴片的尺寸大于位于下方的第二微带贴片的尺寸，两层贴片相辅相成，第一微带贴片充当第二微带贴片的覆盖层，相当于面罩，第二微带贴片充当第一微带贴片的地，以此减小两个微带贴片之间的边缘耦合。

(6)增大微带贴片的尺寸，能够减小天线的高频谐振频率，但是同时也因增大了微带贴片的尺寸而导致天线的尺寸增大。本发明通过在微带贴片的四周边部加载的矩形匹配块，在不增大微带贴片的尺寸基础上，使天线在保证原有性能的同时减小了天线高频的谐振频率，从而实现减小天线尺寸的目的。

(7)基座主体上设置了腔体，方便将接收模块和发射模块的数据线连接到各辐射单元上。

(8)设置空腔的圆柱，该圆柱与雷达设备上的凸台相适配，方便将其它射频模块与天线更好匹配连接，有效地减小了整机的体积。

(9)可以实现方位面全向覆盖，俯仰面±75°覆盖，还可以根据需求，周期性的切换波束指向，达到覆盖范围内搜素的效果；同时也能驻留在某一个波束，实现信号的接收或发射。并且天线采用圆极化天线设计，有效的解决了接收信号时极化失配问题。

附图说明

图1为本发明的电扫天线的结构图；

图2为本发明的图1的仰视结构图；

图3为本发明的图1去掉壳体和定位圆柱的俯视图；

图4为本发明的辐射单元的结构图；

图5为本发明的图4的俯视图；

图6是本发明的电扫天线的驻波曲线；

图7是本发明的电扫天线的辐射方向图；

图8是本发明的电扫天线的轴比曲线。

图中标注符号的含义如下：

1-天线基座 11-基座主体 12-腔体 13-通孔

2-辐射单元 21-壳体 22-圆柱段 23-圆台段 24-第一微带板

25-第二微带板 26-第三微带板 27-第四微带板 241-第一微带贴片

251-第二微带贴片 210-第一半固化片 211-第二半固化片

212-第三半固化片 213-金属柱 214-馈点 215-馈电网络

216-第一匹配块 217-第二匹配块 218-定位槽

3-连接器 4-定位圆柱

具体实施方式

以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。

实施例

一种电扫天线，包括天线基座1和用于传输信号的辐射单元2，天线基座1包括上顶面和从上顶面向下延伸的坡面，本实施例中，天线基座1为棱台状或圆台状，如图1、图2和图3所示，辐射单元2设置在天线基座1的上顶面和周侧面上。

如图1和图2所示，天线基座1包括基座主体11和位于基座主体11内部的腔体12以及设置在腔体12内壁上的通孔13。本实施例中，基座主体11为七棱台，辐射单元2的数量为八个，辐射单元2分别分布在基座主体11的七个侧面和上底面上。腔体12的开口设置在基座主体11的下底面上。

如图4所示，辐射单元2包括喇叭结构，位于喇叭结构内部沿喇叭结构轴向依次设置的微带板，位于喇叭结构底部的微带板，穿过各个微带板的用于信号传输的导体，本实施例中，导体为金属柱213。

位于喇叭结构内部的微带板朝向喇叭结构顶部开口的板面上设置有微带贴片。金属柱213穿过微带板和微带贴片。

喇叭结构包括圆柱段22，与圆柱段22同轴设置位于圆柱段22上部的圆台段23；圆台段23从靠近圆柱段22一侧至远离圆柱段22一侧的口径逐渐增大。圆柱段22和圆台段23均为金属材质，厚度为2mm的金属铜，其作用是提高天线的增益，同时减小各个辐射单元2之间的相互耦合。

圆柱段22位于壳体21的内部，圆台段23的下部也位于壳体21的内部，圆台段23的上部伸入至空腔的定位圆柱4的内部。

如图4所示，微带板包括第一微带板24、第二微带板25、第三微带板26、第四微带板27，其中，第一微带板24、第二微带板25和第三微带板26位于圆柱段22的内部，且靠近底部的位置处，第四微带板27位于圆柱段22的底部。第一微带板24和第二微带板25之间通过第一半固化片210高温压合在一起，第二微带板25和第三微带板26之间通过第二半固化片211高温压合在一起，第三微带板26和第四微带板27之间通过第三半固化片212高温压合在一起。第一微带板24、第二微带板25、第三微带板26、第四微带板27均为圆形状，第四微带板27比第一微带板24、第二微带板25、第三微带板26的半径大3mm，且第四微带板27的边缘位于圆柱段22的外侧。

如图4和图5所示，第一微带板24的上板面上设置有第一微带贴片241，第二微带板25的上板面上设置有第二微带贴片251，第一微带板24上板面和第二微带板25上板面均朝向圆台段23的顶部开口。第一微带贴片241和第二微带贴片251同轴设置，第一微带贴片241的尺寸大于第二微带贴片251的尺寸。也可以在第一微带板24上板面、第二微带板25上板面以及第三微带板26上板面均设置微带贴片，各个微带贴片同轴设置。

如图4所示，金属柱213的底部位于第四微带板27上，金属柱213穿过第四微带板27上方的各个微带板、各个微带贴片以及各个各个半固化片，两个金属柱213在第一微带贴片241和第二微带贴片251上分别形成两个馈点214。

如图5所示，第一微带贴片241和第二微带贴片251均为正方形状，第一微带贴片241的边部设置有第一匹配块216，第一匹配块216沿第一微带贴片241边部方向的长度小于第一微带贴片241的边部长度，第二微带贴片251的边部和第一匹配块216相对应的位置处设置有第二匹配块217，第二匹配块217沿第二微带贴片251边部方向的长度小于第二微带贴片251的边部长度，本实施例中，第一匹配块216和第二匹配块217均为方形。

如图5所示，第四微带板27上开设有定位槽218，定位槽218位于圆柱段22的外侧，连接器3的上部固定在定位槽218的内部。连接器3和金属柱213之间连接有馈电网络215，馈电网络215分布在第四微带板27的下板面上，以此使得馈电网络215与第二微带贴片251以及第一微带贴片241构成垂直关系。馈电网络215采用微带一分二的威尔金森功分器结构形式，将两个端口的相位差设计为90°，作用是将两个不同馈电激励的线极化信号合成圆极化信号。

安装时，将发射模块和接收模块固定在腔体12内，并将发射模块和接收模块与连接器3相连接，然后定位圆柱4的空腔对准雷达上的凸台，便于将本发明的电扫天线安装到整机上。

发射模块和接收模块通过连接器3将信号传送至本发明的电扫天线上，第一微带板24和第二微带板25分别加载上下叠层放置的第一微带贴片241和第二微带贴片251，第一微带板24、第二微带板25、第三微带板26、第四微带板27高温压合在一起，第一微带贴片241和第二微带贴片251上的两个馈点214代表不同的馈电位置。第一微带贴片241激发低频、第二微带贴片251激发高频。通常情况下，第一微带贴片241的谐振频率保持相对不变，所产生的频率几乎等于单层贴片时产生的谐振频率，而第二微带贴片251的谐振频率受第一微带贴片241尺寸大小的影响，一旦第一微带贴片241的尺寸发生变化，这就会影响到第二微带贴片251产生的谐振频率的大小。所以设计天线时，尽可能保证第一微带贴片241的尺寸稍大于第二微带贴片251的尺寸。第一微带贴片241和第二微带贴片251相辅相成，第一微带贴片241充当第二微带贴片251的覆盖层，相当于面罩；第二微带贴片251充当第一微带贴片241的地，减小边缘耦合。

图6为本发明天线的驻波曲线，天线在10.6GHz～13.8GHz频段内驻波比小于2。phi＝0为天线的水平面，phi＝90为天线的俯仰面，图7为本发明天线的辐射方向图，在保证波束宽度的前提下，增益为8.62dB，比不加喇叭结构金属边界时高了1.56dB。图8是本发明天线的轴比曲线，在±30°的扫描范围内，轴比≤1.43dB，在±50°的扫描范围内，轴比≤3dB，实现了较好的圆极化特性。