[发明专利]一种大单元间距的低剖面宽带宽角相控阵天线

说明书

本发明公开了一种大单元间距的低剖面宽带宽角相控阵天线，属于雷达技术、无线通信技术领域。它包含从下至上层叠设置的金属地板、印刷有偶极子金属贴片和寄生金属贴片的中层介质基板、泡沫层、以及印刷有裂口圆环金属贴片的匹配层，天线单元采用三角栅格排布。本发明具有单元间距大、剖面低、工作频带宽、扫描角度大的特点，可用于需要大单元间距、低剖面、宽带宽角扫描的雷达和通信系统。

技术领域

本发明属于雷达技术，无线通信技术领域，具体涉及一种大单元间距的低剖 面宽带宽角相控阵天线，特别涉及大单元间距、低剖面、宽带宽角扫描，适用于 微波、毫米波等雷达和通信系统中。

背景技术

随着现代移动通信技术与军事电子系统的快速发展，无线系统对天线提出了 越来越高的要求。要求其结构具有低剖面特点以实现天线的集成化、小型化，提 高其与通信作战平台共形一体化的能力，从而降低系统结构尺寸，提高系统的灵 活性和机动性；需要其具有快速波束扫描与大范围空域覆盖，以实现远距离、高 速、大范围信息互换，快速目标探测，精确目标定位等功能；具有较宽工作带宽， 以满足大数据量交互以及多平台多功能融合等特性；同时需要在满足以上需求的 情况下，能够降低成本。大单元间距的低剖面宽带宽角扫描相控阵能够有效满足 以上需求，为无线系统中天线阵的发展提供了一种新的方向。

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。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宽角扫描时状态 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。一般为±45°的扫描范围。由于天线阵元排布紧凑，天线单元的数量也大大 增加，这意味着T/R组件的数量也进一步增加，这增加了馈电设计的复杂度，也 进一步增加了成本。同时，因馈电时需使用巴伦结构，天线的剖面较高，不利于系统小型化。

综上所述，一般的相控阵天线不仅造价高，同时很难在较宽的带宽内实现低 剖面以及大的扫描角。本发明正是针对这一关键问题而提出。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述问题，提供一种三角栅格排布的改善天线阻抗 匹配效果的大单元间距的低剖面宽带宽角相控阵天线。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种大单元间距的低剖面宽 带宽角相控阵天线，包含从下至上层叠设置的金属地板、中层介质基板、泡沫层、 以及匹配层。

所述中层介质基板上表面印刷有偶极子金属贴片和寄生金属贴片，天线采用 非平衡馈电，一根金属柱穿过中层介质基板连通偶极子的其中一臂与金属地板， 另一根金属柱穿过中层介质基板将偶极子的另外一臂与穿过金属地板开孔的同 轴接头内芯相连。

所述天线单元采用三角栅格排布。

进一步地，所述中层介质基板内部挖空有矩形腔体，以减小其等效介电常数。

进一步地，所述偶极子金属贴片为非对称偶极子。

进一步地，所述匹配层包括上表面印刷有周期排布的裂口圆环金属贴片的上 层介质基板，起匹配作用。

进一步地，所述寄生金属贴片位于相邻两个天线单元之间，形状为领结型偶 极子。

进一步地，所述泡沫层采用聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。

本发明的有益效果是：利用三角栅格排布实现大单元间距，采用非平衡馈电 结构实现低剖面，采用裂口圆环金属贴片及寄生金属贴片改善天线单元内的阻抗 匹配，有效降低天线的有源电压驻波比，使大单元间距天线同时具有低剖面及宽 带宽角扫描能力。

附图说明