[發明專利]一種超寬帶相控陣雷達天線電路

有效

• 申請號: 202011522827.0
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112736496B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 賽景波;劉琦;劉娜
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01Q23/00
• 分類號: H01Q23/00;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出的一種超寬帶相控陣雷達天線電路，該電路包括發射模塊和接收模塊兩部分。接收模塊由接收天線陣、8個第一低噪聲放大器、8個第二低噪聲放大器、8個移相器、一個八合一功率合成器和一個金屬屏蔽盒組成。發射模塊由一個電子開關和發射天線陣組成。當改變電子開關的輸出端，選擇第一蝶形單元或是第二蝶形單元時，可將接收天線陣等效為16蝶形單元組成的線陣，縮窄了接收天線陣的波束寬度，提高探測精度，可廣泛應用在通信、雷達、電子對抗等領域中。

技術領域

本發明涉及雷達技術領域，具體涉及一種超寬帶相控陣雷達天線電路。

背景技術

相控陣天線廣泛應用在通信、雷達、電子對抗等領域中，相控陣天線不僅要有寬頻帶特性，還應滿足大空域寬角掃描的需求，寬帶、寬角掃描相控陣天線設計已是當今相控陣天線重要的發展趨勢。它不僅可以提高雷達的抗干擾能力，而且能有效地處理防輻射導彈。由于其相對帶寬較寬，可以獲得較高的距離分辨率，實現多目標分辨率和更高的測距精度。考慮到瞬時帶寬、波形保真度、輻射效率及加工的難度等因素,蝶形天線通常是用于超寬帶探地雷達天線最合適的選擇之一。

不加屏蔽盒或接地板的分布加載式蝶形天線為雙向輻射天線,除了向地面輻射外還朝天空及周圍輻射,為了抑制天線系統中不必要的輻射場,同時也為了減少周圍環境及系統中各金屬部件及電子元件對天線輻射性能的影響,天線屏蔽盒(背腔)的設計很有必要。現有的超寬帶背腔蝴蝶天線的饋電方式通常為同軸饋電，同軸饋電使天線在寬頻帶內方向圖基本不變，但是天線經同軸饋電后接入后級放大電路時引入噪聲，降低了天線的靈敏度，同軸線與微帶線的轉換也必然引來損耗。

傳統寬帶相控陣的設計思路是先設計具有寬帶性能的孤立天線單元，再將單元通過一定方式組合構成陣列天線，這種設計方式帶來的問題非常明顯：一是單元間的相互耦合會使得陣列工作的匹配惡化，二是無法實現波束的大角度掃描。近些年，超寬帶相控陣天線領域出現一種新的設計思路，即基于Wheeler理想電流片模型而衍生出的強互偶陣列，強耦合陣列的設計思想是，不再抑制陣元間的互偶效應，而是利用并加強陣元間的耦合達到超寬帶工作特性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超寬帶相控陣雷達天線電路，實現一種寬帶、寬掃描角及強耦合相控陣天線電路。該電路包括發射模塊和接收模塊兩部分。接收模塊由接收天線陣、8個第一低噪聲放大器、8個第二低噪聲放大器、8個移相器、一個八合一功率合成器和一個金屬屏蔽盒組成。發射模塊由一個電子開關和發射天線陣組成。

所述發射模塊與接收模塊間距(λ為頻率為3GHz時電磁波在自由空間中的波長)，且發射模塊和接收模塊之間用金屬板隔離，減小發射天線陣發出的電磁波對接收天線陣的影響。

所述接收天線陣為8個相同蝶形單元組成的線陣，相鄰蝶形單元的中心間距為每個蝶形單元連接第一低噪聲放大器、第二低噪聲放大器、移相器后為一個支路輸入，共有8個相同的支路輸入，然后分別接入八合一功率合成器后合成一路信號。

所述蝶形單元由上層金屬貼片、下層金屬貼片、上層饋線、下層饋線和介質板組成。所述上、下層金屬貼片分別位于介質板的上下表面。其中，上層金屬貼片由等腰三角形貼片、矩形貼片拼接而成，矩形貼片的一條長邊連接三角形的底邊，對與另一條長邊相連的兩個直角進行90°倒圓角處理。上、下層金屬貼片關于上層饋線成軸對稱。上層饋線由第一矩形微帶線和第二矩形微帶線組成，兩者之間由錐形漸變線連接，以減小兩段微帶線間的插入損耗。下層饋線由第三矩形微帶線、三角形微帶巴倫和第四矩形微帶線組成，三角形微帶巴倫可實現不平衡到平衡的轉換。

所述金屬屏蔽盒包括底部反射板和前、后、左、右四塊耦合金屬板組成。底部反射板位于介質板下方，距離介質板的距離h為四分之一波長，抑制了天線背面不必要的對空輻射場，提高了發射、接收天線陣的增益。金屬屏蔽盒與蝶形單元耦合產生感應電流，接收天線陣的電流分布發生改變，激勵了高次模，產生了新的諧振頻率點，以此來增大帶寬。