[发明专利]基于开槽天线及频率选择表面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开槽天线及频率选择表面的宽带宽角扫描相控阵天线，属于雷达技术、无线通信技术领。该天线包括最下层金属地板、两层紧密贴合印刷有带状线巴伦的竖行介质基板、上表面印刷有金属贴片的中层介质板、上层频率选择表面结构、以及同轴接头。本发明采用开槽天线单元及交指结构实现天线阵列单元之间的强烈耦合的效果，采用由介质基板及周期性排列的矩形金属贴片组合而成的频率选择表面结构改善天线单元的阻抗匹配，有效降低天线的有源电压驻波比，使天线同时具有宽带特性及大角度扫描的能力。

技术领域

本发明属于雷达技术、无线通信技术领域，具体涉及一种基于开槽天线及频率选择表面的宽带、宽角扫描相控阵天线，适用于微波、毫米波等雷达和通信系统中。

背景技术

过去几十年里，宽带、宽角扫描相控阵天线在军事和商业领域受到广泛重视，常用于宽带雷达，卫星通信及射电天文等系统。军事机载平台对多功能(监视、识别、追踪目标)系统的需求也促进了宽带、宽角相控阵天线的发展。对于传统的相控阵天线而言，随着扫描角度的增加，天线阵列单元的输入阻抗会剧烈变化而引起端口失配，导致天线的电压驻波比急剧恶化。因此传统的相控阵天线单元已经不能达到要求，设计新型的天线单元以及新的相控阵天线设计思路应是迫切需求。

近十多年来，国际天线领域相关学者提出了利用强耦合天线阵元来实现宽带相控阵天线的新思路。该思路的理论基础可以追溯到到Wheeler在1965年提出的连续电流面理论。在专利号US6512487的美国专利中，相邻偶极子单元的辐射臂通过交指电容结构相连，交指结构增加的容性电抗有效的抵消了地面的感性电抗加载。由于天线阵元排布紧凑且相互强烈耦合，偶极子单元上的电流分布几乎恒定不变，有效的拓展了带宽，验证了连续电流面理论。然而在强互耦状态下，天线的强互耦作用使大角度扫描时状态相对于侧射时变化较大，引起自身有源阻抗的大幅度波动，天线很难达到大角度扫描。因此要实现更大的扫描角度，还需要采用别的措施。

综上所述，传统相控阵天线很难同时具有宽带、宽角扫描的能力，而利用耦合的强耦合偶极子天线阵列也存在着大角度扫描困难。本发明正是针对这些关键问题而提出。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述问题，提供一种紧耦合开槽天线单元，同时添加频率选择表面结构，改善天线阻抗匹配效果的宽带宽角扫描相控阵天线。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于开槽天线及频率选择表面的宽带、宽角扫描相控阵天线，包括最下层金属地板、两层紧密贴合印刷有带状线巴伦的竖行介质基板、上表面印刷有金属贴片的中层介质板、上层频率选择表面结构、以及同轴接头；所述同轴接头内芯穿过下层金属地板上的开孔与带状线巴伦内导体相连，带状线巴伦前后表面的金属贴片与中层介质板上的金属贴片相连进行馈电。

所述中层介质板上的金属贴片开槽部分的形状和领结型偶极子相同，且在较大金属贴片一侧设置有交指结构；

所述上层频率选择表面结构包括5层贴合放置的上层介质基板，每层上层介质基板上表面周期性排列有尺寸相同的矩形金属贴片。

本发明的有益效果是：采用开槽天线单元及交指结构实现天线阵列单元之间的强烈耦合的效果，采用由介质基板及周期性排列的矩形金属贴片组合而成的频率选择表面结构改善天线单元的阻抗匹配，有效降低天线的有源电压驻波比，使天线同时具有宽带特性及大角度扫描的能力。

附图说明

图1为实施例1中所述3×16的基于开槽天线及频率选择表面的宽带、宽角扫描相控阵天线的结构示意图。

图2为实施例1中所述基于开槽天线及频率选择表面的宽带、宽角扫描相控阵天线的基本天线单元示意图。

图3为实施例1中所述频率选择表面及中层介质板示意图(结构需要更清晰)。

图4为实施例1中所述基本天线单元的E面有源电压驻波比的仿真结果。