[发明专利]一种基于三角栅格排布的宽带宽角扫描相控阵天线

说明书

本发明公开了一种基于三角栅格排布的宽带宽角扫描相控阵天线，属于无线通信技术、雷达技术等领域。本发明天线采用强耦合偶极子天线单元，具备宽带宽的特性；采取平行双线和短路枝节作为馈电巴伦，引入隔离金属壁，优化天线驻波；通过无源寄生贴片层和超材料宽角匹配层提高阵列的宽角、宽带扫描特性；采取三角栅格排布增大阵元间距，减少阵元数量，从而减小成本；天线层不同介质基板之间采取层压结构贴在一起，易于加工，且偶极子单元与第一金属地板间填充介质，大大降低了剖面。

技术领域

本发明属于无线通信技术、雷达技术等领域，具体涉及一种具有宽角、宽带扫描特性的相控阵天线单元，通过三角栅格排布，具有阵元间距大、数量少的优点，适用于低成本雷达和通信系统。

背景技术

在雷达和通信系统中，相控阵天线由于其高增益、快速波束扫描、高精度和易于波束合成等优点，得到了广泛应用。在相控阵天线的研发中，宽角、宽带扫描是两个重要的课题。通常，阵列波束扫描范围需要达到±60°，从而使三组阵列波束扫描范围能够覆盖全空域。然而，阵列单元的有源驻波，由于相互之间耦合的存在，在不同扫描角下不同；当处于特定频点特定扫描角时，表面波、共模谐振等问题会导致驻波恶化，产生扫描盲点，尤其是在大扫描角下。在专利一种用于宽角扫描相控阵的双圆极化宽带天线辐射单元(CN201010129681)中提出了一种用于宽角扫描的天线单元，然而，该专利中涉及到的天线带宽并不是特别宽(25％左右)，且并未给出扫描状态下的驻波。强耦合的偶极子阵列通常具有超宽带特性，如论文“Superstrate-Enhanced Ultrawideband Tightly CoupledArray With Resistive FSS”中，达到了21个倍频程，然而该文章中的天线并未涉及扫描特性。

相控阵天线另一个重要的课题是成本问题。大型阵列中，每个阵元均需要移相器、收发组件、低噪放等控制部件，阵列成本昂贵。增大阵元间距，减少单元数量，可以大幅度降低成本，但在大角度扫描下会出现栅瓣，牺牲了扫描范围，通常用于有限视角扫描。在文章“Atriangular arrangement of planar-array elements that reduces the numberneeded”中，提出了一种基于三角栅格排布的相控阵天线，该类阵元排布结构在相同的辐射口径面积下相对于矩形栅格的阵列可以减少13.4％的单元数目，且不出现栅瓣，节省了大量成本。然而，该文章止步于理论研究，并未给出具体的单元模型，也未涉及到实际应用中的带宽问题。

发明内容

本发明在背景技术的基础上，提出了一种基于三角栅格排布的强耦合偶极子阵列，采用强耦合偶极子单元在大带宽范围内实现了宽角扫描，扫描到任意角度驻波均比较低，同时采用三角栅格排布，单元间距大，成本也大幅度降低。

本发明具体的技术方案如下：

一种基于三角栅格排布的强耦合偶极子阵列，包括从上至下依次设置的超材料宽角匹配层、无源寄生贴片层、以及天线层。

所述天线层包括从上至下层叠设置的第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、以及第四介质基板。所述第一介质基板上表面设置有偶极子单元；所述第二介质基板与第三介质基板之间设置有第一金属地板，第二介质基板内还设置有一隔离金属壁，其俯视位置在相邻两个偶极子单元臂的正中央；所述第三介质基板与第四介质基板之间设置有非对称带状线馈电结构内芯；所述第四介质基板下表面设置有第二金属地板；所述偶极子单元两条臂下表面分别连接有第一、第二探针，两探针为平行双线结构，第二探针一侧还设置有第三探针作为短路枝节，用于平衡电流；其中第一、第三探针穿过第一、第二介质基板连通第一金属地板，第二探针穿过第一、第二、第三介质基板与非对称带状线馈电结构内芯一端连通，所述第二探针与第一金属地板之间还设置有隔离槽，避免平行双线直接短接。