[发明专利]一种宽带宽角扫描相控阵单元及阵列结构

说明书

本发明公开了一种宽带宽角扫描相控阵单元及阵列结构，宽带宽角扫描相控阵单元包括：宽带单元结构，包括介质基板、馈电结构以及辐射区域，馈电结构和辐射区域设置在介质基板上，馈电结构和辐射区域通过耦合槽线连通，宽带单元结构用于实现电磁波的传输与辐射；超表面隔层，包括第一隔层、第二隔层以及第三隔层，第一隔层设置在介质基板靠近辐射区域的一端，第二隔层和第三隔层设置在第一隔层的两侧，超表面隔层用于减小相邻宽带单元结构间的互耦效应。本发明可以降低阵列天线中相邻的宽带宽角扫描相控阵单元的互耦效应，使得可实现的宽带宽角扫描范围更大，保证高带宽的同时提高了增益，进而提升了阵列天线的工作效率，可广泛应用于天线技术领域。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是一种宽带宽角扫描相控阵单元及阵列结构。

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。相比于传统窄带宽角扫描相控阵，设计宽带宽角扫描相控阵天线具有很大的挑战性，同时也是必要的研究内容和发展趋势，具有广阔的应用空间。

在设计宽带宽角扫描相控阵时，往往采用先设计好具有宽带宽波束的天线单元，然后合理选择阵列的排布方式，从而实现阵列的宽带宽角扫描特性。然而，随着相控阵主波束扫描角度的增加，相控阵的波束扫描特性将受困于扫描损耗增大的问题，在已有的研究中已经证实，相控阵中相邻阵元间的互耦效应以及阵元的辐射特性是造成增益快速衰减的两个主要因素。

目前，针对于相控阵扫描至大角度下增益衰减严重的问题，大致有以下三种解决方式：一是设计具有宽波束辐射特性的相控阵单元结构，此时单元的半功率波瓣宽度可以作为评估波束扫描范围的关键参数；二是通过设计解耦合馈电网络来实现宽波束扫描；三是通过改善阵元间的电磁耦合效应，具体可以通过在阵元间添加解耦合墙、引入极化转换贴片以及改变每个阵元的固有场分布等来减小阵元间的互耦。然而，上述三种方案虽然可以在一定程度上改善阵元的辐射特性或减小相邻阵元间的互耦效应，但可实现的扫描角度仍然较小，限制了宽带宽角扫描相控阵天线的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明实施例的一个目的在于提供一种宽带宽角扫描相控阵单元。

本发明实施例的另一个目的在于提供一种可实现宽带宽角扫描的阵列结构。

为了达到上述技术目的，本发明实施例所采取的技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供了一种宽带宽角扫描相控阵单元，包括：

宽带单元结构，所述宽带单元结构包括介质基板、馈电结构以及辐射区域，所述馈电结构和所述辐射区域设置在所述介质基板上，所述馈电结构和所述辐射区域通过耦合槽线连通，所述宽带单元结构用于实现电磁波的传输与辐射；

超表面隔层，所述超表面隔层包括第一隔层、第二隔层以及第三隔层，所述第一隔层设置在所述介质基板靠近所述辐射区域的一端，所述第二隔层和所述第三隔层设置在所述第一隔层的两侧，所述超表面隔层用于减小相邻宽带单元结构间的互耦效应。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述超表面隔层的表面设置有周期性排布的金属图形，所述金属图形为金属材质的图形。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一隔层设置在所述宽带单元结构的H面，所述第二隔层和所述第三隔层设置在所述宽带单元结构的E面，所述第二隔层和所述第三隔层均与所述第一隔层垂直设置。