[发明专利]一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线

说明书

本发明涉及微波天线技术领域，具体涉及一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线，包括自上而下依次设置的介质基板和地板，所述介质基板的上表面均匀设置有多个单元天线，所述单元天线包括由内而外依次设置的圆形贴片、圆环贴片和方环形贴片，所述圆形贴片内设置有圆形贴片加载缝隙，所述圆环贴片内设置有圆环贴片加载缝隙，所述单元天线还包括第一激励探针、第二激励探针、第三激励探针和方环形短路探针阵列。本发明每个单元天线能够同时激励起圆形贴片的TM₁₁模式和圆环贴片的TM₂₁模式形成宽辐射波束宽度，并且在阵列单元间引入降耦结构以降低阵列间的耦合从而避免扫描盲点的出现，可用于机载雷达、车载雷达、舰载雷达以及电子对抗等领域中。

技术领域

本发明涉及微波天线技术领域，具体涉及一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线。

背景技术

阵列天线能够通过电磁波在空间中的干涉作用形成单元天线所辐射方向图的叠加进而达成高方向性的效果，然而高方向性的代价是波数覆盖范围的减小。为了提升阵列天线的波束覆盖，机械转动辅助扫描的方式早期被采用，这种扫描机制往往受限于机械转动的速度与精度。二十世纪六十年代以来，随着集成电路与半导体技术的发展，相控阵天线逐渐引起研究者们的注意，其能够实现高精度的实时扫描波束切换。平板相控阵天线是一种具有低剖面、低成本以及易于安装集成等优点的相控阵天线，在现代军事与民用应用中具有突出的应用前景。然而限制平板相控阵天线应用的一大难题是其较窄的波束扫描范围，这主要是由于阵列单元天线一般具有较窄的波束宽度所造成的，因此实现宽角扫描平板相控阵天线的关键技术在于扩展单元天线的波束宽度。

为了解决这一问题，表面波辅助技术、镜像原理以及方向图可重构技术等方法被引入到阵列单元的设计中以提高其辐射波束宽度，进而实现宽角扫描相控阵天线的设计。其中，方向图可重构技术是一种较好的设计方法，其能够使得相控阵天线在宽角扫描过程中具有较高的增益和较低的旁瓣电平。文献“A Wide-Angle Scanning Planar PhasedArray with Pattern Reconfigurable Magnetic Current Element， (Xiao Ding, You-Feng Cheng， Wei Shao， Hua Li， Bing-Zhong Wang and E. Anagnostou Dimitris，IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2017，65(3): 1434–1439)”通过将八木原理与镜像原理相结合并采用可重构技术设计了一款宽角度扫描相控阵天线。所设计的天线能够在E面内实现-75° ~ +75°的主波束扫描范围，并且具有较高的增益平坦度（增益波动小于±0.75 dB）。然而，该设计的弊端是相控阵天线需要极其复杂的偏置网络与馈电网络，因而具有很高的设计复杂度，在很多实际应用中并不适用。

近年来，贴片模式技术被应用于宽角度扫描相控阵天线的设计。文献“A Wide-Angle Scanning Phased Array with Microstrip Patch Mode ReconfigurationTechnique，(Xiao Ding, You-Feng Cheng，Wei Shao and Bing-Zhong Wang，IEEETransactions on Antennas and Propagation，2017，65(9): 4548–4555)”通过可重构技术可以实现贴片模式TM₀₁模式与TM₂₀的切换，进而提出了一种具有宽角度扫描特性的平板相控阵天线。该天线可以实现±75°范围内的主波束扫描，并且增益波动小于±1 dB。然而，该天线所重构出的两个模式之间具有不同的电场极化，因而在宽角度扫描内的极化问题会影响其在实际应用中的可行性。