[发明专利]一种方向图可重构的介质谐振天线及其相控阵

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及到一种方向图可重构天线及其构成的大角度扫描相控阵。

背景技术

当前，各种无线系统对容量、功能、带宽等性能要求越来越高。显然，提高系统容量、增加系统功能、扩展系统带宽，可以满足现实需求，但付出的代价是在同一无线系统平台上搭载的信息子系统数量将增加，作为无线信息的出入口天线而言，其数量也会必然相应地增加，这将会导致整个无线系统的成本增加、体积增大和电磁兼容增强等负面影响。在这一背景下，可重构天线得到迅猛发展，它将多个天线的功能融合到同一天线口径中，通过切换安装在天线上的微波开关的工作状态，可以获得实际所需要的天线的工作特性，从降低系统的整体成本、减轻重量、减小系统的雷达散射截面、实现良好的电磁兼容特性等方面而言，可重构天线是一个很好的解决途径。

近几十年来，雷达天线技术迅猛发展，从锥扫天线到抛物面或变态卡塞格伦天线，进而发展到平面波导型阵列天线。这些类型的雷达天线一定意义上解决很多现实问题，但它们的波束搜索均基于机械扫描技术完成，使得天线阵列扫描视角小、速度慢且系统体积重量大。

相控阵技术的出现为雷达系统的发展提供了新的契机。相控阵技术采用电控阵元相位的方法，以其独特的无惯性波束扫描、方便快捷的波束调度和能量管理等优势在雷达和通信等方面得到了广泛的应用。在集成化、轻量化发展趋势的驱动之下，具有易于集成、重量轻等独特优势的微带天线成为雷达天线很好的选择。为了扩大雷达系统的目标搜索范围和通信系统的容量，需要将相控阵天线的扫描角度范围覆盖全空间，但由于微带天线本身的特性，使得现有的微带相控阵扫描角度受到两个条件的限制：其一是由于天线单元间互耦的存在，使天线阵向靠近端射方向的一定角度范围内扫描时阵列反射系数较大而无法辐射电磁能量，在某些方向上能量甚至被全反射而导致扫描盲点的出现；其二是由于天线单元本身的能量辐射只能限制在有限的空间角度范围内，使得其构成的阵列无法将能量辐射到全空间区域。另外，宽角度扫描相控阵通常采用宽波束天线，但是该类相控阵容易出现无法容忍的栅瓣。

发明内容

本发明提供一种方向图可重构介质谐振天线，该天线具有辐射方向图的可调性，一副天线能够实现两幅天线的功能，其辐射方向图的最大值分别指向±45°。同时，本发明还提供基于该方向图可重构天线的一维相控阵，相对于传统相控阵而言，该相控阵具有波束扫描角度大大扩展、方向图的副瓣电平较低，增益平稳度较高等优势。

本发明技术方案涉及两方面的内容：一是方向图可重构介质谐振天线，二是基于这种天线单元构成的一维相控阵。

本发明提供的方向图可重构介质谐振天线实际上等效于两个可以单独工作的单极子天线加上一块用于反射电磁波的金属挡板构成，且外面罩了一层高介电常数(ε≥6)的介质半球，其起到聚焦电磁波的作用。其技术方案如下：

一种方向图可重构介质谐振天线，如图1、2所示，包括辐射体和馈电结构。

所述辐射体包括第一1/4介质球1a和第二1/4介质球1b、第一单极子天线2a和第二单极子天线2b以及一块金属挡板3；两个1/4介质球紧靠在一起形成一个介质半球，中间夹着金属挡板3；两个单极子天线相对于金属档板3呈镜面对称地包覆于1/4介质球中，并漏出底端与馈电结构进行电连接。