[發明專利]有限帶寬內大角度掃描的低損耗微帶貼片頻掃天線陣列

無效

• 申請號: 201010133909.6
• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN101814657A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 王昊;葛平;馬曉峰;盛衛星
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01Q3/34
• 分類號: H01Q3/34;H01Q21/00;H01Q13/08;H01Q13/10;H01Q1/48
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

技術領域

本發明屬于頻率掃描天線陣列，特別是一種有限帶寬內大角度掃描的低損耗微帶貼 片頻掃天線陣列。

背景技術

電掃描天線克服了傳統機械掃描中掃描速度慢的缺點，目前已在雷達、通信、移動 電視等軍用和民用領域有著廣泛的應用，并得到快速發展。現有的天線電掃描技術主要 有四種：相位掃描、頻率掃描、時延掃描和電子饋電開關掃描。其中用的最多的是相位 掃描和頻率掃描。相位掃描是通過改變陣元輸入信號的相位實現波束掃描；頻率掃描通 過改變信號頻率的方式來改變天線單元之間的“陣內相位差”，從而實現波束的掃描。另 外數字波束形成天線陣列和可重構天線也可以實現電子波束掃描。但是與頻掃天線相比， 相控陣天線和數字波束形成天線的成本和復雜度在許多應用中都是一個問題。可重構天 線雖然在成本和復雜度上可以和頻掃天線相比擬，但是它不適合制作成大型陣列。因而 頻率掃描天線作為電掃描天線的一種，因其結構簡單、可靠性高，實現成本低而受到關 注。

在已使用的頻率掃描陣列中，用得比較多的是矩形波導窄邊裂縫行波陣天線，慢波 線結構也是由波導構成。但是它們的體積和重量都比較大，并且剖面也比較高，因而限 制了它們的應用范圍。七十年代末開始陸續有人提出了具有波束掃描能力的微帶天線陣 列，其中主要分為兩大類，一類是利用漏波模式進行頻率掃描，漏波天線結構簡單、效 率高，但是掃描角度受到限制，無法實現寬角度掃描；另一類是利用微帶慢波線來進行 掃描，但是微帶線的損耗較大，限制了天線的性能。如M.Danielesen提出的微帶頻掃天 線，其慢波線和天線都是由微帶構成，在+300MHz的范圍內實現了+30°掃描，副瓣均在 -12dBi以下，不過天線效率很低，不到20％(M.Danielesen?and?R.Jorgensen.Frequency scanning?microstrip?antennas.IEEE?Trans.Antennas?and?Propagat，vol.27，pp.146-150，March 1979)。此外還有輻射單元用陣子天線的，陣子天線的帶寬大，增益平坦，比較適合用于 頻掃天線陣列的設計。最近有用介質鏡像線作慢波線的頻掃天線，采用口徑耦合方式給 上層微帶貼片單元饋電，實現了大角度掃描，并且頻帶內增益起伏不大。此外還有其它 形式的慢波線：同軸型慢波線，帶狀線慢波線等，另外用SIW作慢波線也是一種選擇。 最近十幾年，國內相關單位已經成功設計了波導裂縫頻掃天線(李建瀛，梁昌洪.波導窄 邊縱縫的理論分析及頻掃縫陣.西安電子科技大學學報，vol.25，1998(5)10：690-692)，達到 了大角度一維掃描、高增益、低副瓣的要求，但對低剖面、小體積、小重量的輕便型頻 掃天線的研究寥寥無幾。

在頻率掃描陣列設計中，帶寬、掃描角和損耗三者是一個互相制約的關系。帶寬越 窄，要實現大角度的掃描，則所使用的慢波線就越長，而相應的損耗就會增加。而傳統 的波導慢波線損耗較低，但其構成的頻率掃描陣列通常有體積大、重量大的缺點。如果 不采用波導慢波線，則會面臨結構復雜和損耗較大的缺點，如微帶慢波線。由于存在著 介質損耗、金屬損耗和輻射損耗，則消耗在微帶慢波線上的能量是巨大的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種有限帶寬內低損耗、大角度的頻率掃描天線陣列，該陣 列采用波導作頻率掃描慢波線和微帶貼片單元作頻率掃描輻射天線，同時結合了波導低 損耗和微帶低剖面的優點，實現了有限帶寬內低損耗、大角度頻率掃描。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種有限帶寬內大角度掃描的低損耗微帶貼片 頻掃天線陣列，包括E面彎曲波導、金屬地板、介質基板、波導縫隙微帶貼片混合饋電 結構、微帶貼片單元，E面彎曲波導的一端為饋電端口，另一端為接匹配負載的波導端 口，設置有矩形縫隙的金屬地板放置在E面彎曲波導上，并連接在一起，在金屬地板上 設置介質基板，在介質基板上放置兩排微帶貼片單元，每排微帶貼片單元的數量與縫隙 的數量相等，所有的微帶貼片單元構成微帶貼片天線陣列；在介質基板上與每個縫隙對 應的位置設置耦合微帶貼片，在每個耦合微帶貼片的兩邊分別對稱連接微帶傳輸線，該 微帶傳輸線的端口分別與對應的微帶貼片單元連接，E面彎曲波導、金屬地板、介質基 板、縫隙、耦合微帶貼片、微帶傳輸線形成波導縫隙微帶貼片混合饋電結構；E面彎曲 波導頂部開口，金屬地板作為該頂部開口波導的一個窄壁。