[发明专利]一种超宽带平面相控阵天线及其波束扫描方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是一种用于超宽带平面相控的天线技术。

背景技术

超宽带相控阵雷达在抗干扰、实现低截获概率、高分辨率等方面具有独特优势，而现代雷达也已经超出了传统雷达的范畴，向着雷达、电子战、通信、导航、敌我识别一体化融合的方向发展，这些要求通常要在同一天线上实现，超宽带相控阵雷达因此应运而生，能够实现大扫描角的超宽带相控阵是其核心。在雷达系统中，相对带宽超过25％的天线被定义为超宽带天线。

现有的超宽带阵列天线大多采用行波天线或单极子天线结构，具有很大的带宽，但是其剖面度高，限制了其在某些领域的应用。

超宽带天线与传统的天线相比，工作频段更宽，在工作带宽内往往难以保证高而稳定的辐射效率，同时，传统阵列天线大都采用电子器件调谐，导致阵列损耗大、利用率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超宽带平面相控阵天线及其波束扫描方法，它可以解决现有技术中天线剖面度高、损耗大以及利用率低的问题。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：这种超宽带平面相控阵天线，包括介质基板，所述介质基板上设有外加偏压的液晶移相器网络，所述液晶移相器网络由多个液晶移相器单元构成，所述液

晶移相器网络上方设有覆盖多个频段的天线单元组阵；所述天线单元组阵阵由多个天线单元构成，所述天线单元为带槽线的Vivaldi天线，通过微带线-槽线的结构向所述液晶移相器馈电。

上述技术方案中，更具体的技术方案还可以是：所述Vivaldi天线包括两个分别印刷在所述介质基板的两面上的辐射臂，形成对跖结构，所述辐射臂由两条指数规律渐变的槽线组成，采用微带线-平行双线巴伦进行馈电；两个所述辐射臂的边缘开不同形状槽。

进一步的：所述槽线由窄至宽过渡，形成喇叭口状。

进一步的：所述天线单元组阵阵采用分块组阵方式覆盖S、C、X、Ku频段，每个所述天线单元组阵阵处于同一剖面高度。

进一步的：所述天线单元组阵阵采用H面和E面交错排列。

这种超宽带相控阵的波束扫描方法，采用的超宽带平面相控阵，包括介质基板，所述介质基板上设有外加偏压的液晶移相器网络，所述液晶移相器网络由多个液晶移相器单元构成，所述液晶移相器网络上方设有覆盖多个频段的天线单元组阵；所述天线单元组阵阵由多个天线单元构成，所述天线单元为带槽线的Vivaldi天线，通过微带线-槽线的结构向所述液晶移相器馈电；或者上述技术方案的任一组合形成的超宽带平面相控阵，包括所述液晶移相器与液晶驱动芯片连接，所述液晶驱动芯片与MCU连接包括以下步骤：

A.对所述天线单元组阵阵进行测试，获取偏置电压与所述液晶移相器单元的数值关系；

B.通过方向图计算获得每个所述液晶移相器单元需要补偿的移相量，利用步骤A获取的数值关系得出各个移相器单元所需的偏置电压；

C.通过MCU编程控制，给予每个移相器单元所需电压，即可获得所需波束。

上述技术方案中，更具体的技术方案还可以是：所述天线单元的微带线-槽线通过同轴线转换到所述液晶移相器进行馈电。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、通过采用开线槽的方式来改善Vivaldi天线的低频特性，从而降低天线剖面高度，减小天线尺寸；选择液晶移相器单元组成液晶移相器网络，利用其频带宽、损耗小，易于共形设计等优点，可进一步提升阵列天线的利用效率。

2、采用对跖结构的Vivaldi天线，使得天线单元的高频截止频率不受馈电结构的限制，从而可以获得很宽的阻抗带宽；采用在对跖结构的Vivaldi天线两辐射臂的边缘开不同形状槽的方式来改善Vivaldi天线的低频特性，从而降低天线剖面高度，减小天线尺寸。

3、将槽线的宽度由窄至宽加深，形成喇叭口状接收或向外辐射电磁波，其不同的部分接收或发射电磁波，各个辐射部分对于不同的频率而言电长度是一样的，该天线单元具有超宽带高增益特性。

4、采取H面和E面交错排列的方式来抑制阵列间互耦，提升超宽带相控阵天线效率，同时增大超宽带平面相控阵的扫描角。

5、利用液晶材料电控双折射率特性，通过外加偏压实时改变液晶指向矢，即液晶分子的空间平均取向，从而改变液晶的介电常数控制液晶移相器单元的移相量，从而实现波束扫描的作用。

6、通过同轴线馈电的方式，减少损耗，提高天线单元的利用率。