[发明专利]二维圆极化宽角扫描相控阵天线

说明书

本发明公开的一种二维毫米波圆极化宽角扫描相控阵天线，涉及毫米波天线技术领域。本发明通过下述技术方案实现：天线辐射贴片以中心开十字刻等长的高阻抗匹配微带线连接矩形寄生贴片对天线进行阻抗匹配，在天线辐射贴片边角的对角平分线对称中心上，制有风车形微带辐射贴片激励等幅同相极化正交的简并模，馈电探针穿过天线介质层，通过四个矩形寄生贴片连接天线辐射贴片，每个天线单元四个馈电探针4通过等幅依次相差90^°的旋转馈电结构进行馈电，风车形微带辐射贴片与四个金属化探针的四个矩形寄生贴片矩形块进行连接馈电，分别馈入相位依次相差90^°的等幅激励形成圆极化辐射，天线阵列按单元间距等间距矩形排列布阵，组成天线阵列阵面。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种二维毫米波圆极化宽角扫描天线阵列。

背景技术

随着现代航空航天技术的发展，对于各种雷达相控阵天线的要求日益增加。相较于传统的机械扫描雷达系统，相控阵天线具有更加便捷的波束控制，更加灵敏便捷的波束响应，能够实现高速高性能的波束扫描和波束追踪。同时，相控阵天线具有轻重量、低剖面和装机体积小的优点，故其受到越来越多的关注。然而，平面相控阵天线严重受限于波束扫描范围窄的制约，随着天线阵列扫描角度在俯仰面内的增大，天线扫描增益会出现严重的下降，无法形成有效的波束扫描。根据工程经验，平面相控阵天线在俯仰面内正常工作的扫描范围为±45^°以内，在±60^°方向将出现5dB左右的增益损失，无法继续工作。近年来，众多研究发现相控阵列的性能很大程度上取决于阵列单元的性能，因此构建宽波束单元再进行组阵的方式成为了实现宽角度相控阵扫描的一种有效的方法。传统的微带天线由于其自身具有结构简单、剖面薄、重量轻等优点被广泛应用,但同时也存在带宽窄、增益不高等缺点。常规设计中，常通过将辐射贴片形状设计成等面积正六边形、三角形、圆形等形状的方法，适当调节天线的中心频率、回波损耗、带宽及相对带宽、增益和方向性系数等参数，但由于微带天线本身高Q值的特点，这几种天线形式无法解决微带天线设计中的带宽和增益问题。

在实际工程应用中，除了对宽角扫描增益有需求外，普遍还对天线的工作频段、极化方式及轴比等电性能指标有约束设计要求。在对快速移动目标跟踪及卫星通讯的应用中，对阵列天线的工作带宽、极化方式和宽角扫描能力的要求愈发严苛。因此，对阵列天线宽带二维大角度扫描的研究变得很有必要。传统实现阵列天线宽角扫描的方法有利用宽波束天线单元技术，宽角阻抗匹配技术等。在实际应用中，这些技术往往掣肘于工作带宽较窄、扫描维度和极化方式受限等因素。在现有技术公开的文献中，文献“Dual-PolarizedWide-Angle Scanning-Phased Array Based on Multi-Mode Patch Elements” (Ding,X., GaoG.F., ChengY.F., ShaoW.(2019). IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. vol.18, no.3, pp.546-550) 提出了一款双极化二维宽角扫描相控阵，在phi=0°和phi=90°方位面分别实现了-68^°~ +68^°的宽角扫描，且在phi=0^°的方位面有着水平线极化，在phi=90°的方位面有着垂直线极化。这是一种较为典型的二维宽角扫描相控阵，但这种设计结果无法实现在多个方位面内（例如phi=0^°和phi=90^°）实现相同极化扫描，也未能在phi=45^°的方位面实现宽角扫描，与实际工程应用需求相去甚远。