[发明专利]一种宽带高效率天线单元、串并馈子阵列及相控阵

说明书

本发明公开了一种宽带高效率天线单元、串并馈子阵列及相控阵，天线单元包括依次设置的第一介质基板、第一金属地板、第二介质基板、第三介质基板及第二金属地板，所述第一介质基板的上表面设置超表面结构，所述第一金属地板上蚀刻馈电缝隙，所述第一金属地板及第二介质基板之间设置带状馈电线。一种串并馈子阵列，包括两个镜向对称的串联子阵列，两个串联子阵列按照镜像对称轴拼接，一种相控阵，包括若干个串并馈子阵列沿子阵的垂直方向呈周期排列，本发明加工容易、成本低、剖面低，适合平面天线阵列设计，应用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种宽带高效率天线单元、串并馈子阵列及相控阵。

背景技术

相控阵天线在军事和通信领域有着广泛的应用，早期雷达系统中，阵列天线的波束方向固定，需要通过机械扫描控制波束方向，和传统的固定波束阵列相比，相控阵天线能迅速准确地控制波束进行无惯性扫描，在指定的空间内实现同时搜索和跟踪多目标的功能。相控阵天线最初应用于军事雷达中，目的是观测以及跟踪大范围空间内的机体目标。随着无线通信技术的发展，相控阵技术也开始用于民用产品，如汽车防撞雷达、蜂窝通信等。

在通信领域，5G通信已经开始逐步走进人们的生活。为了解决频谱资源短缺问题，5G通信将使用毫米波频段(24.25～29.5GHz)作为工作频段。然而在毫米波频段，电磁波在空间中的传输损耗将大幅增加，采用单个或少数天线单元，增益较低，无法保证信号的正常传输，天线阵列增益高，可以实现远距离信号传输；但阵列存在波束宽度窄，辐射效率低等问题，无法实现低耗能、宽角度的信号覆盖。因此，设计具有波束扫描功能、高效率的相控阵天线对于5G通信十分重要。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种宽带高效率天线单元、串并馈子阵列及相控阵。本发明具有较高的辐射效率、较宽的带宽，能实现较宽的波束扫描范围。

本发明宽带高效率天线单元采用如下技术方案：

一种宽带高效率天线单元，包括依次设置的第一介质基板、第一金属地板、第二介质基板、第三介质基板及第二金属地板，所述第一介质基板的上表面设置超表面结构，所述第一金属地板上蚀刻馈电缝隙，所述第二介质基板及第三介质基板之间设置带状馈电线。

进一步，所述带状馈电线为渐变型馈线。

进一步，所述带状馈电线周围加载金属接地柱，跨接在第一金属地板及第二金属地板之间。

本发明串并馈子阵列采用如下技术方案：

一种串并馈子阵列，包括两个镜向对称的串联子阵列，两个串联子阵列按照镜像对称轴拼接，所述串联子阵列由若干个所述宽带高效率天线单元沿子阵方向串馈排列形成。

进一步，还包括依次设置在第二金属地板下方的第四介质基板及第三金属地板，所述第二金属地板的中心处及第三金属地板的中心处分别蚀刻第一耦合缝隙及第二耦合缝隙。

进一步，还包括共面波导线，所述第二耦合缝隙与共面波导线连接，依次激励第二耦合缝隙、第一耦合缝隙及带状馈电线。

进一步，第一耦合缝隙上下电场信号等幅反相，镜像拼接的位于第一耦合缝隙上方的带状馈电线信号等幅同相，因此镜像放置的两个串联子阵列会被等幅同相的电磁信号激励，实现串并馈子阵列的中心并馈。

本发明的相控阵采用如下技术方案：

一种相控阵，包括若干个所述的串并馈子阵列，且沿子阵垂直方向呈周期排列。

进一步，相控阵的扫描范围由相邻串并馈子阵列之间的距离决定，距离越小，扫描范围越大。

进一步，还包括金属相位微扰枝节，设置在与带状馈电线同层或者异层，提高相邻串并馈子阵列的隔离度。

本发明的有益效果：