[发明专利]一种基于去耦合金属壁的宽带、宽角扫描相控阵天线

说明书

本发明公开一种基于去耦合金属壁的宽带、宽角扫描相控阵天线，属于雷达技术、无线通信技术领域。该天线包括中上两层相贴合的介质基板、下层介质基板，下层介质基板下表面覆盖有金属地板，上表面印刷有微带渐变线；上层介质基板上表面印刷有方形环贴片；中层介质基板上表面印刷有偶极子金属贴片；同轴接头内芯穿过下层介质基板连接微带渐变线，微带渐变线另一端连接平行双线对天线进行馈电；所述中下层介质基板之间设置有去耦合作用的金属壁或金属环。本发明具有工作频带宽、扫描角度大、低剖面易共形的特点，可用于需要低剖面、宽带和大角度扫描范围的雷达和通信系统。

技术领域

本发明属于雷达技术、无线通信技术领域，具体涉及一种基于去耦合金属壁的相控阵天线，特别涉及宽带、宽角扫描，适用于微波、毫米波等雷达和通信系统中。

背景技术

过去几十年里，宽带、宽角扫描相控阵天线在军事和商业领域受到广泛重视，常用于宽带雷达，卫星通信及射电天文等系统。军事机载平台对多功能(监视、识别、追踪目标)系统的需求也促进了宽带、宽角相控阵天线的发展。在该应用下，小空间是天线设计的主要限制，因此在单个天线阵列口径下实现宽带、宽角扫描是非常有益的。在传统的宽带、宽角扫描相控阵天线设计方法中，首先为了避免扫描至大角度时出现栅瓣，天线单元间距必须控制在高频端的半个波长以内；其次天线阵元的尺寸也应小于高频端的半个波长，天线阵元尺寸的限制也增加了宽带设计的难度。最后，在小阵元间距(小于高频端的半个波长)的情况下，阵元间的互耦变得十分强烈，会严重影响单元自身的阻抗和辐射特性。因此即使天线阵列单元在侧射角度下获得很好的宽带阻抗匹配，阵列天线单元的有源阻抗由于互耦会随着扫描角度发生剧烈变化，导致阵元在大角度扫描情况下会严重失配。因此如何抑制阵元间互耦一直是传统相控阵天线设计过程中最大挑战。

近十多年来，国际天线领域相关学者提出了利用强耦合天线阵元来实现宽带相控阵天线的新思路。该思路的理论基础可以追溯到到Wheeler在1965年提出的连续电流面理论。相邻偶极子单元的辐射臂通过交指电容结构相连，交指结构增加的容性电抗有效的抵消了地面的感性电抗加载。由于天线阵元排布紧凑且相互强烈耦合，偶极子单元上的电流分布几乎恒定不变，有效的拓展了带宽，验证了连续电流面理论。然而在强互耦状态下，天线的强互耦作用使大角度扫描时状态相对于侧射时变化较大，引起自身有源阻抗的大幅度波动，天线很难达到大角度扫描。并且强互耦天线剖面较高，在半个高频端波长左右或者大于半个高频端波长，不利于天线与平台的集成和共形。

综上所述，传统相控阵天线很难同时具有宽带、宽角扫描的能力，而利用耦合的强耦合偶极子天线阵列也存在着大角度扫描困难，剖面高不易集成共形的缺陷。本发明正是针对这些关键问题而提出。

发明内容

本发明的目的在于：针对背景技术存在的问题，提供一种使用金属壁以减小单元间互耦来实现大角度扫描的设计，同时剖面低、易共形的宽带相控阵天线。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于去耦合金属壁的宽带、宽角扫描相控阵天线，包括中上两层相贴合的介质基板、以及下层介质基板，所述下层介质基板下表面覆盖有金属地板，上表面印刷有微带渐变线；所述上层介质基板上表面印刷有方形环贴片；所述中层介质基板上表面印刷有偶极子金属贴片；同轴接头内芯穿过下层介质基板连接微带渐变线，微带渐变线另一端连接平行双线对天线进行馈电；其特征在于：所述中下层介质基板之间设置有去耦合作用的金属壁，且金属壁穿透下层介质基板连接至金属地板。

进一步地，所述中层介质基板下方设置有垂直于金属壁的起阻抗匹配作用的竖型金属条带。

进一步地，所述金属壁还可以是设置于中层介质基板下方的金属环结构，且金属环与下层介质基板不接触。