[發明專利]一種小型超寬波束背腔雙層微帶天線及其寬角掃描陣列

在審

• 申請號: 201811574137.2
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109786937A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 李政佑;陳曦;邢裕昕;郭浩;傅光
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;西安中電科西電科大雷達技術協同創新研究院有限公司
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q1/28;H01Q1/32;H01Q1/34
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于天線技術領域，公開了一種小型超寬波束背腔雙層微帶天線及其寬角掃描陣列；寄生介質基板位于小型超寬波束背腔雙層微帶天線的上層；所述金屬背腔位于小型超寬波束背腔雙層微帶天線的最下層；所述金屬背腔為一矩形形式的金屬腔體，緊密包圍輻射介質基板與寄生介質基板。本發明采用單點饋電，輻射線極化電磁波；由于圓形的微帶貼片尺寸小、結構緊湊，整個天線的邊長小于0.46λ，天線厚度小于0.16λ，天線阻抗帶寬達到14％以上，E面半功率波束寬度可以達到190°。將該天線組成多元的直線陣列，單元間距小于0.44λ，在其E面±82°的掃描范圍內，增益僅下降3dB。本發明亦可構成雙線極化和圓極化工作模式。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，尤其涉及一種小型超寬波束背腔雙層微帶天線及其寬角掃描陣列。

背景技術

目前，業內常用的現有技術是這樣的：在天線的發展歷程中，對于高定向性和快速可變波束的性能有了越來越高的要求。在相控陣天線出現之前傳統的機械掃描天線只能通過機械的轉動實現天線的掃描，而相控陣天線由于其能夠高速、準確的實現波束掃描，從其一出現便引起了廣泛的應用。一般而言，相控陣天線的極限掃描角度在±60°左右。不論是雷達系統還是電子對抗系統，為了擴大自身的目標搜索范圍、提高其生存能力和作戰能力，期望將平面相控陣的波束掃描范圍擴展至全半球域(±90°)或準半球域空間。平面相控陣的典型波束掃描范圍在(±50°)范圍內，并且伴隨著4－5dB的增益下降。因此，如何最大程度擴大掃描相控陣天線的波束掃描范圍，成為了目前學術及工程研究的熱點和難點之一。相控陣天線的波束掃描范圍受限，其主要有兩個原因，一是相控陣天線單元的陣中波束寬度有限，導致掃描到低仰角方向陣列增益下降過大；二是天線單元的端口輸入阻抗與掃描角相關，掃描范圍越大，掃描時天線單元輸入端口越難實現阻抗匹配，導致相控陣天線的效率降低。因此，寬角掃描相控陣天線要求天線單元具有較寬的陣中波束寬度以及較好的寬角阻抗匹配性能。微帶天線是平面天線的一種，其簡單的加工方式使其成為目前主流的天線類型。傳統的微帶天線受地板的邊界條件限制，3dB波束寬度大約為±45°左右，為了展寬微帶天線單元的波束寬度，通常采用減小天線的口徑面積(技術一)，或設計三維地板(技術二)等方法。現有技術一通過減小天線的輻射口徑面積以及增加微帶貼片天線的介質基板厚度，實現對天線單元的波束展寬，3dB波束寬度為±60°左右。天線的輻射口徑越小，波束寬度就越寬。另外天線的方向性系數與其等效輻射口徑面積正相關，當天線的等效輻射口徑面積減小時，它的方向性系數就會隨之降低，因此整個空間的輻射場會更加均勻分布，低仰角區域的輻射能量也會增強。根據微帶天線的設計原理可知，當頻率給定時，減小天線的輻射面積最簡單易實現的方法就是采用介電常數較高的介質基板，故選取合適的介質基板也可以適當展寬微帶天線的波束寬度。但與此同時使用高介電常數的地板增加了天線的使用成本如使用陶瓷材料，且使微帶貼片的尺寸過于減小。

現有技術二通過對地板進行優化設計拓寬波束，該技術設計三維的地板用來對電磁波在空間進行重新的排布，以此來增加低仰角方向的增益。三維地板距離微帶貼片有一定的距離，使用時增加了天線的剖面高度且這種方式不利于加工。

綜上所述，現有技術存在的問題是：現有移動通信中在天線高度受到限制，尺寸限定時，天線波束寬度較窄。一般天線的最大輻射方向位于天頂方向，隨著照射角度的增加，天線的增益就會下降，低仰角增益就會很低，從而天線的波束寬度變窄。在限定的條件下，解決微帶天線的寬波束問題具有較大的現實意義。

解決上述技術問題的難度和意義：

解決天線單元波束較窄的問題，應用于相控陣列，使相控陣列的掃描范圍變大，不僅節約了經濟成本，也會使相控陣列的適用領域不斷擴大。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種小型超寬波束背腔雙層微帶天線及其寬角掃描陣列。

本發明是這樣實現的，一種小型超寬波束背腔雙層微帶天線，所述小型超寬波束背腔雙層微帶天線設置有輻射介質基板、寄生介質基板；