[发明专利]一种波束赋形天线结构及设计方法

权利要求书

1.一种波束赋形天线结构，其特征在于：天线阵的水平面方向图在雷达目标视场角度内满足余割四次方公式要求，即：其中θ₀为余割覆盖区域起始角度，θ₁为雷达需要覆盖的角度范围，θ₂为覆盖区域中心线与水平方向所成夹角。

2.根据权利要求1所述的波束赋形天线结构，其特征在于：包括线性阵列辐射单元和基片集成波导馈电网络，所述基片集成波导馈电网络包括一路分多路基片集成波导功率分配器以及基片集成波导延迟线，馈电网络各输出端与线性阵列辐射单元的输入端相连；通过调节线性阵列辐射单元每个端口馈电的幅度与相位，使得天线阵的水平面方向图在雷达目标视场角度内满足余割四次方公式要求。

3.根据权利要求2所述的波束赋形天线结构，其特征在于：所述基片集成波导功率分配器为一路分十二路的结构，在每一路输出端上连接一个所述基片集成波导延迟线的输入端。

4.根据权利要求3所述的波束赋形天线结构，其特征在于：所述一路分十二路的功率分配结构由五级结构对称的一分二等功率基片集成波导功分器组成；一路分十二路的功分器的输出口的功率分配比为1:1:1:1:2:2:8:8:2:2:2:2。

5.根据权利要求2-4任一所述的波束赋形天线结构，其特征在于：所述波束赋形天线阵结构从上到下分别为：顶层金属层、顶层介质基片、第一中间金属层、粘贴介质层、第二中间金属层、底层介质基片以及底层金属层；所述顶层金属层和第一中间金属层位于所述顶层介质基片上下表面，所述第二中间金属层和底层金属层位于所述底层介质基片上下表面；

在所述顶层金属层上设置所述线性阵列辐射单元、馈电网络输出端以及基片集成波导延迟线结构的一半；所述基片集成波导延迟线结构另一半在底层介质基片上；两半基片集成波导延迟线在中间通过一个不同层之间的缝隙耦合结构相连接；

在所述第二中间金属层上设置所述基片集成波导功率分配器。

6.根据权利要求5所述的波束赋形天线结构，其特征在于：基片集成波导延迟线各个端口在顶层介质基片上的输出端口位置相互平齐。

7.根据权利要求1所述的波束赋形天线结构，其特征在于：所述线阵辐射单元采用串馈微带贴片天线形式，两两线阵之间采用等间距排布。

8.一种如权利要求1至7任一所述波束赋形天线结构的设计方法，其特征在于：调节每个线性阵列端口馈电的幅度与相位，使得天线阵的水平面方向图在雷达目标视场角度内满足余割四次方公式要求，即：其中θ₀为余割覆盖区域起始角度，θ₁为雷达需要覆盖的角度范围，θ₂为覆盖区域中心线与水平方向所成夹角。

9.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：由实际需要的垂直面波束宽度确定线阵辐射单元结构，根据反射系数性能要求调整串馈微带线阵辐射单元的相关结构参数；

步骤二：根据余割四次方天线目标方向图对天线增益的要求以及对水平面探测范围的要求，确定水平方向排列的线阵辐射单元数目；

步骤三：根据预先设定的余割四次方天线目标方向图，确定两两线阵之间的距离以及各线阵端口激励的幅度、相位；

步骤四：根据步骤三中设计好的不同辐射单元之间的距离、每路的馈电幅度及反射系数要求，设计一体化的基片集成波导馈电网络；

步骤五：根据各端口需要的相位需求，以及步骤四中馈电网络各端口输出的相位，计算每一路需要额外延迟的相位；设计不同长度的基片集成波导延迟线来满足各端口的相位要求；同时设计不同层之间的缝隙耦合馈电结构用来连接不同介质层之间的延迟线；

步骤六：将步骤一设计的串馈微带线阵辐射单元、步骤四设计的基片集成波导天线馈电网络、步骤五设计的基片集成波导延迟线组合到一起去，组成完整的天线阵列。