[发明专利]具有多相位中心的自适应辐射单元及阵列天线

说明书

本发明公开了一种具有多相位中心的自适应辐射单元及阵列天线，自适应辐射单元包括介质基板及其下表面金属层和上表面印刷电路的两个矩形金属贴片，两个矩形金属贴片分别通过接地金属化通孔与下表面金属层连接，两个矩形金属贴片分别连接有馈电端口，馈电端口连接有移相器，自适应辐射单元具有多相位中心，且各个相位中心的馈电相位可变，通过改变各相位中心之间的相位关系改变该自适应辐射单元的辐射方向图。阵列天线的多个自适应辐射单元相互连接，相邻的自适应辐射单元的相邻端口共用一个移相器；单元方向图指向随阵因子指向自动发生偏转，在不增加传统的阵列天线移相器个数以及馈电电路复杂度的情况下实现单元波束随阵列扫描角度偏转以及阵列的大角度扫描。

技术领域

本发明涉及一种实现大角度扫描的阵列天线技术，尤其涉及一种具有多相位中心的自适应辐射单元及阵列天线。

背景技术

相控阵天线的波束扫描范围是相控阵天线的一个重要指标，而对于传统的平面相控阵天线，由于大角度扫描时阵列口径投影面积的减小以及单元有源阻抗失配的影响，其有效扫描角度通常不超过±40°(Mailloux R.J.,Phased Array Antenna Handbook,Artech House,1994.)。平面相控阵天线的扫描角度限制了其应用范围。

近年来国内外学者已对拓展波束扫描阵列的扫描范围进行了一系列的研究，其中一种思想是通过单元波束偏转以提高单元在低仰角处的增益。

2008年，Toshev A G.在IEEE的Transactions on AntennasPropagation上发表了“用于阵列天线大角度扫描的多面板概念”的论文(“Multipanel Concept for Wide-Angle Scanning of Phased Array Antennas”.IEEE Transactions on AntennasPropagation,2008,56(10):3330-3333.)。文中提出了通过在每个单元后端接驱动装置的方法实现单元波束指向的改变，可以实现±75°的波束扫描范围。但是其单个阵元主辐射方向的改变受到机械转动速率和惯性的制约。

随着微波pin开关的发展，国内外学者开始研究基于微波开关的各种可重构天线。2011年，Ding X等人在IEEE的Transactions on AntennasPropagation上发表了“关于毫米波阵列天线大角度扫描的研究”(Ding X,Wang B Z,He G Q.“Research on amillimeter-wave phased array with wide-angle scanning performance”.IEEETransactions on Antennas and Propagation,2013,61(10):5319-5324.)。文中提出了由辐射方向图可重构的天线单元组成的一维相控阵，每个天线单元具有三种可重构的辐射模式，可以在±75°的扫描范围实现半功率波束覆盖。但是，由于单个天线单元由三个贴片组成，单元尺寸较大，阵列天线单元之间的间距为1.18λ，其相应的副瓣较高,且出现栅瓣。同时，该结构需要额外添加控制电路来切换每个天线单元的不同辐射模式。

2016年，Ding X在IEEE的Transactions on AntennasPropagation上发表了“基于方向图可重构的磁流单元的大角度扫描阵列”(Ding X,Cheng Y F,Shao W,et al.AWide-Angle Scanning Planar Phased Array with Pattern Reconfigurable MagneticCurrent Element[J].IEEE Transactions on AntennasPropagation,2016,PP(99):1-1.)。文中，将缝隙天线与八木天线的原理结合起来，辐射单元中的缝隙包含驱动项与寄生项，通过开关对寄生部分进行电调谐，从而实现单元波束可重构。但这种基于开关的设计仍然不可避免复杂的控制电路。