[發(fā)明專利]一種基于三角柵格排布的寬帶寬角掃描相控陣天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811057300.8
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109216936B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 屈世偉;鄒文慢;李鵬發(fā);潘宇虎;湯恒河;楊仕文
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q9/28;H01Q9/04;H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發(fā)明公開了一種基于三角柵格排布的寬帶寬角掃描相控陣天線，屬于無線通信技術、雷達技術等領域。本發(fā)明天線采用強耦合偶極子天線單元，具備寬帶寬的特性；采取平行雙線和短路枝節(jié)作為饋電巴倫，引入隔離金屬壁，優(yōu)化天線駐波；通過無源寄生貼片層和超材料寬角匹配層提高陣列的寬角、寬帶掃描特性；采取三角柵格排布增大陣元間距，減少陣元數量，從而減小成本；天線層不同介質基板之間采取層壓結構貼在一起，易于加工，且偶極子單元與第一金屬地板間填充介質，大大降低了剖面。

技術領域

本發(fā)明屬于無線通信技術、雷達技術等領域，具體涉及一種具有寬角、寬帶掃描特性的相控陣天線單元，通過三角柵格排布，具有陣元間距大、數量少的優(yōu)點，適用于低成本雷達和通信系統(tǒng)。

背景技術

在雷達和通信系統(tǒng)中，相控陣天線由于其高增益、快速波束掃描、高精度和易于波束合成等優(yōu)點，得到了廣泛應用。在相控陣天線的研發(fā)中，寬角、寬帶掃描是兩個重要的課題。通常，陣列波束掃描范圍需要達到±60°，從而使三組陣列波束掃描范圍能夠覆蓋全空域。然而，陣列單元的有源駐波，由于相互之間耦合的存在，在不同掃描角下不同；當處于特定頻點特定掃描角時，表面波、共模諧振等問題會導致駐波惡化，產生掃描盲點，尤其是在大掃描角下。在專利一種用于寬角掃描相控陣的雙圓極化寬帶天線輻射單元(CN201010129681)中提出了一種用于寬角掃描的天線單元，然而，該專利中涉及到的天線帶寬并不是特別寬(25％左右)，且并未給出掃描狀態(tài)下的駐波。強耦合的偶極子陣列通常具有超寬帶特性，如論文“Superstrate-Enhanced Ultrawideband Tightly CoupledArray With Resistive FSS”中，達到了21個倍頻程，然而該文章中的天線并未涉及掃描特性。

相控陣天線另一個重要的課題是成本問題。大型陣列中，每個陣元均需要移相器、收發(fā)組件、低噪放等控制部件，陣列成本昂貴。增大陣元間距，減少單元數量，可以大幅度降低成本，但在大角度掃描下會出現柵瓣，犧牲了掃描范圍，通常用于有限視角掃描。在文章“Atriangular arrangement of planar-array elements that reduces the numberneeded”中，提出了一種基于三角柵格排布的相控陣天線，該類陣元排布結構在相同的輻射口徑面積下相對于矩形柵格的陣列可以減少13.4％的單元數目，且不出現柵瓣，節(jié)省了大量成本。然而，該文章止步于理論研究，并未給出具體的單元模型，也未涉及到實際應用中的帶寬問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明在背景技術的基礎上，提出了一種基于三角柵格排布的強耦合偶極子陣列，采用強耦合偶極子單元在大帶寬范圍內實現了寬角掃描，掃描到任意角度駐波均比較低，同時采用三角柵格排布，單元間距大，成本也大幅度降低。

本發(fā)明具體的技術方案如下：

一種基于三角柵格排布的強耦合偶極子陣列，包括從上至下依次設置的超材料寬角匹配層、無源寄生貼片層、以及天線層。

所述天線層包括從上至下層疊設置的第一介質基板、第二介質基板、第三介質基板、以及第四介質基板。所述第一介質基板上表面設置有偶極子單元；所述第二介質基板與第三介質基板之間設置有第一金屬地板，第二介質基板內還設置有一隔離金屬壁，其俯視位置在相鄰兩個偶極子單元臂的正中央；所述第三介質基板與第四介質基板之間設置有非對稱帶狀線饋電結構內芯；所述第四介質基板下表面設置有第二金屬地板；所述偶極子單元兩條臂下表面分別連接有第一、第二探針，兩探針為平行雙線結構，第二探針一側還設置有第三探針作為短路枝節(jié)，用于平衡電流；其中第一、第三探針穿過第一、第二介質基板連通第一金屬地板，第二探針穿過第一、第二、第三介質基板與非對稱帶狀線饋電結構內芯一端連通，所述第二探針與第一金屬地板之間還設置有隔離槽，避免平行雙線直接短接。