[发明专利]一种透镜加载的宽角波束扫描透射阵列天线

说明书

本发明公开了一种透镜加载的宽角波束扫描透射阵列天线，包括透射阵列和馈源天线；透射阵列由若干透射单元呈周期性分布构成的阵列；透射单元包括一组下层接收微带天线、中间地板、一个透镜加载的可重构波束的上层发射微带天线和一根金属柱；金属柱连接下层接收微带天线和上层发射微带天线；馈源天线向透射阵列发射球面电磁波由下层微带天线接收，透镜加载的可重构波束的发射微带天线辐射出去，通过改变发射微带天线的相位形成波束扫描。本发明的透镜加载的低成本宽角波束扫描透射阵列天线所用移相器少，波束覆盖区域广，适用于多个目标区域的覆盖以及目标跟踪。

技术领域

本发明涉及无线通信领域中的天线设计技术，特别涉及一种透镜加载的低成本宽角波束扫描透射阵列天线。

背景技术

在卫星通信、航空航天和雷达探测等领域中，为了应对通信距离远、空间环境相对复杂等问题，需要使用定向性良好的高增益天线。较为常见的高增益天线有相控阵天线、抛物面天线、透镜天线、反射阵列天线和透射阵列天线。此外，具备波束扫描能力的天线也是现代无线系统的关键要求之一，且开发低成本波束扫描天线技术也同样至关重要。透射阵列天线具有高增益、高灵活性和低复杂度的优点，可以降低功耗和集成处理的难度，因此成为实现波束扫描天线一种很好的替代方案。

当前实现低成本波束扫描透射阵列的一种方式是通过机械扫描，但是大多数机械波束扫描的透射阵列波束覆盖区域较窄，在许多应用中，希望进一步扩大波束覆盖范围。电子波束扫描技术的应用，可以增加波束扫描的范围，然而与传统的相控阵类似，它需要大量的有源元件，这不可避免的增加了整个天线系统的成本。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种透镜加载的低成本宽角波束扫描透射阵列天线，利用单元合并将接收层分为一组子阵列，相较于不合并单元的传统透射阵列天线，可以减少75％相移器的使用；与此同时，利用单元可重构波束的分区域覆盖，实现yz面±60°的波束扫描。所提出的透射阵列兼具低成本和宽角波束扫描的特点。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明提供了一种透镜加载的宽角波束扫描透射阵列天线，包括透射阵列和馈源天线；

透射阵列由若干透射单元呈周期性分布构成的阵列；透射单元包括一组下层接收微带天线、中间地板、一个透镜加载的上层发射微带天线和一根金属柱；金属柱连接下层接收微带天线和上层发射微带天线；

馈源天线的相位中心位于透射阵列的焦点处，向透射阵列发射球面电磁波由下层微带天线接收，透镜加载的发射微带天线辐射出去，通过改变发射微带天线的相位形成波束扫描。

上述方案中，中间地板包括相互依次叠合的上层介质基板、中层介质基板和下层介质基板，在中层介质基板和下层介质基板之间设有金属地板。

上述方案中，下层接收微带天线包括阵列印刷在下层介质基板上的接收贴片，接收贴片包含2×2个方形微带贴片子阵列天线，通过弯折可变相位延迟线相互连接，再通过微带线连接合并与金属柱连接。

上述方案中，透镜加载的上层发射微带天线包括若干个方形发射贴片和一个延伸的半球形透镜；若干个发射贴片设在上层介质基板上方，发射贴片通过开关连接移相器，移相器连接下层接收微带天线的接收贴片。

上述方案中，透射单元的间距为上、下层介质基板的边长。

上述方案中，透射阵列的轮廓为矩形或圆形。

上述方案中，馈源天线采用角锥或圆锥喇叭天线，馈源天线的辐射方向朝向透射阵列。