[发明专利]一种低剖面宽带宽角扫描相控阵天线

说明书

本发明提出了一种低剖面宽带宽角扫描相控阵天线，包括M×N个相控阵列天线单元，其中，M×N≥2，M和N为正整数；所述相控阵列天线单元自上而下依次层叠设置有金属贴片、上层介质基板、纸蜂窝结构、馈电结构、金属背腔、威尔金森功分器、下层介质基板和金属地板；所述纸蜂窝结构包括上层纸蜂窝板和下层纸蜂窝板，所述馈电结构由馈电贴片、馈电介质基板和馈电铜柱组成，所述馈电铜柱的上端和下端分别与馈电介质基板和威尔金森功分器连接；所述金属背腔位于该下层介质基板的上表面，用于实现相控阵列天线的宽带和宽角扫描特性。本发明解决了传统微带贴片相控阵天线带宽窄，剖面高，重量大和角扫描窄的技术问题，扩展天线的实际应用范围。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种低剖面宽带宽角扫描相控阵天线，可用于具有宽带宽角扫描特性的雷达及无线通信系统中。

背景技术

相控阵天线在雷达和通信中有着广泛的应用，随着无线通信技术的快速发展对相控阵天线的性能指标提出了更高的要求，其中具有更宽的工作频带和更大的扫描范围是相控阵天线所需求的最重要两个特征。在相控阵天线出现之前的机械扫描天线只能通过机械装置的转动来实现天线扫描，相控阵天线则是在阵列天线的基础上发展起来的一种新的天线形式,它通过移相器控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状,从而达到波束扫描的目的，由于其能够高速，准确的实现波束扫描，自问世以来就引起了广泛的关注。在相控阵雷达，通信基站，抗干扰导航等诸多应用中，一方面要求天线方向图可以精准的赋形，另一方面希望天线具有良好的频率特性和角度扫描特性。这就对天线的宽频，宽扫描角、低方向图畸变等特性提出了诸多现实要求。

如中国电子科技集团公司第54研究所公开了一种名称为“相控阵腔式微带天线单元”发明专利(申请号201510291889.8，授权公布号CN104953296B)，该发明专利申请公开了一种相控阵腔式微带天线单元，该天线包括从上到下依次贴合的上层介质板、金属围框、下层介质板和金属反射腔，由介质螺钉贯穿固定连接；金属反射腔的下表面通过法兰与同轴接插件相连接；下层贴片在下层介质板的下表面；电容片在下层介质板的上表面，但是，该天线剖面高且重量大；

如电子科技大学公开了一种名称为“一种二维大角度扫描平面相控阵天线”发明专利申请(申请号201510955721.2，申请公布号CN105552538A)，该发明专利申请公开了一种二维大角度扫描平面相控阵天线，它包含介质基板、设于基板正面的辐射贴片及微带馈线、设于基板背面的接地板，对辐射贴片进行开槽设计，不仅为馈电网络提供了放置空间，还缩小了天线尺寸；采用同轴背馈的方式，并将信号分为两路对辐射贴片进行等幅同相馈电，以此激励起天线的TM11模，同时在辐射贴片内部的馈电网络以渐变式微带线的形式进行设计。但是，相对带宽很窄仅为1％。

综上所述，传统相控阵天线很难同时具有低剖面、宽带、轻重量和宽角扫描的特性，而在工程中迫切需要能同时满足这几种特性的天线。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术上的不足，提出一种低剖面宽带宽角扫描相控阵天线，可用于解决现有技术中天线带宽窄，剖面高，重量大和角扫描窄的技术问题，可用于具有宽带宽角扫描特性的雷达及无线通信系统中。

本发明为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种低剖面宽带宽角扫描的相控阵天线，包括M×N个相控阵天线单元，其中，M×N≥2，M和N为正整数；所述相控阵天线单元自上而下依次层叠设置有金属贴片、上层介质基板、纸蜂窝结构、馈电结构、金属背腔、威尔金森功分器、下层介质基板和金属地板；所述纸蜂窝结构包括上层纸蜂窝板和下层纸蜂窝板，所述馈电结构由馈电贴片、馈电介质基板和馈电铜柱组成，所述馈电贴片印制在所述馈电介质基板的上表面，且位于上层纸蜂窝板与下层纸蜂窝板之间，所述馈电铜柱的上端穿过该下层纸蜂窝并与馈电介质基板连接，该馈电铜柱的下端与威尔金森功分器连接；所述的金属背腔位于该下层介质基板的上表面，该金属背腔与下层介质基板形成的凹陷开口朝着相控阵天线的上方，用于实现相控阵天线的宽带和宽角扫描特性。