一种圆极化二维大角度扫描相控阵的制作方法

文档序号:9789671阅读:812来源:国知局
一种圆极化二维大角度扫描相控阵的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于天线技术领域,特别设及一种应用于车载、机载、舰载和星载雷达系统 等多方面的相控阵天线。
【背景技术】
[0002] 相控阵天线是随着雷达系统发展而诞生的产物。早期雷达系统是通过机械旋转的 方式来获得较大的扫描区域,而相控阵天线是通过电控制阵元相位的方法来改变方向图的 波束指向,从而覆盖较大的扫描区域。将其应用于雷达系统便可W大大提高系统扫描速度, 为制导、探测、捜索、识别、捕获和跟踪提供了及时的信息,运对于雷达系统的发展而言起到 了至关重要的作用。相控阵天线的应用领域主要集中体现在国防军事领域。在陆基系统中, 有地面预警相控阵雷达、防空导弹系统、卫星跟踪相控阵雷达天线等等;在空基系统中,有 战斗机机载火控雷达,有最新的保形"智能蒙皮"天线等;在海基系统中,为了有效地解决水 面航母、舰艇编队在复杂电磁干扰环境下抗击空中、海上、海下多方向、多批次饱和攻击的 威胁,大量的相控阵雷达被用于各类型舰艇上;在太空探索中,最具代表性的就是星载相控 阵雷达。此外,随着商业用途的拓展,出现了用于预报气象、海啸、灾后捜索存活生命的相控 阵天线。
[0003] 在集成化、轻量化发展趋势的驱动之下,具有易于集成、重量轻等独特优势的微带 天线成为雷达天线很好的选择。此外,相比于线极化天线,圆极化天线可W接收任意极化方 式的电磁波,能满足使用者收发位置的随意性。因此可见宽角度圆极化天线及其阵列在军 事领域雷达系统中有巨大的应用潜力。
[0004] 文献"毫米波方向图可重构天线及其相控阵研究"(发表期刊:2011年全国微波毫 米波会议论文集;发表日期:2011年;作者:王秉中,下霄),文章提出了一种可大角度扫描并 且增益较高的相控阵天线,该天线单元采用缝隙禪合馈电的方式,具体结构为五层,包括贴 片层、上层介质板、地板层、下层介质板、馈电网络层,通过改变馈电网络的结构,使得天线 具有方向图可重构的特性。然后在此基础上设计了一个1X4单元的宽角度线极化扫描直线 阵列。通过控制相控阵单元方向图及各个单元的馈电相位,该相控阵能实现从-80°到+80° 范围内的一维大角度波束扫描。但其只进行了一维的波束扫描,并未拓展到二维层面上,而 且由于微带天线本身的特性,使得普通的微带相控阵扫描角度很窄,且此相控阵为线极化 福射,导致其应用受到很大的限制。
[0005] 文献"A Wide Band,Dual diarized Patch Antenna for Wide Angle Scanning Phased Arrays(Doganay Dogan,2013-4-12)"将相控阵的扫描范围扩展到二维面上,但其 工作需要由双端口控制才能实现水平极化和垂直极化两种工作方式,并且天线结构较为复 杂、控制不便。
[0006] 文南犬"A Broad Beam-width Microstrip Cross Antenna Design for Wide Scan Angle Phased Array(Zhao Wang;Dongmei Dan;Shaoqiu Xiao;Mingchun Tang.IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on RF and Wireless Technologies for Biomedical and Healthcare Applications,2013-8-13)"对二维大角度扫描相控阵做了 改进,使其能够福射圆极化波,但每个单元需要由两个端口进行控制,降低了相控阵整体的 灵敏度。
[0007] 因此,如何将相控阵一维大角度扫描拓展到二维大角度扫描,且覆盖面广,是相控 阵天线中一个极富挑战性的课题。此外,天线圆极化特性的实现也极为重要。

【发明内容】

[0008] 针对现有技术和问题,本发明提供了一种具有二维大角度扫描能力的相控阵天 线。本发明采用平面微带结构设计宽波束天线单元,并将单元进行恰当的排列组成相控阵 天线,最后通过控制各个单元的馈电相位,实现了相控阵天线的二维大角度扫描功能。
[0009] 本发明采用W下技术方案:
[0010] -种圆极化缝隙天线单元,包括介质基板、设于基板正面的馈电网络、设于基板背 面的方环形福射缝隙、W及设于基板正下方的金属反射板,其特征在于:
[0011] 所述基板为正方形基板;
[0012] 所述馈电网络包括矩形馈电贴片、分别与馈电贴片相邻两边连接的开路匹配枝节 与T型节、W及分别与T型节两输出端连接的长度不同的两条微带馈线;
[0013] 所述方环形福射缝隙设置于覆盖基板背面的金属福射贴片上,其中屯、与基板中屯、 重合;
[0014] 所述天线单元通过同轴线馈电,同轴线外导体与基板背面的福射贴片相连,内导 体穿过基板连接馈电贴片;
[0015] 所述两微带馈线正交设置,其中与T型节90度弯折连接的微带馈线比另一微带馈 线长四分之一介质波长,使得天线激励起两个幅度相等相位正交的激励模,从而实现圆极 化;
[0016] 所述金属反射板与介质基板之间留有空隙层,通过支架支撑。
[0017] 所述圆极化天线单元等间距排列组成相控阵天线。
[0018] 相控阵天线单元的福射特性是相控阵波束覆盖范围大小的一个决定性因素,本发 明中相控阵天线的基本单元是一种微带结构的圆极化方环缝隙天线。通常相控阵天线单元 福射的是线极化波,例如背景当中的天线,考虑到圆极化天线的诸多优点,W及雷达系统对 波束覆盖面的要求,设计了本发明中的相控阵天线单元。上层贴片为馈电网络层,每个单元 的馈电网络包括一个T型节和一个开路匹配枝节,W及分别与T型节两输出端连接的长度不 同的两条微带馈线。首先由同轴线进行馈电,由T型节把下层端口馈入的能量一分为二,然 后经过微带线通过能量禪合的形式馈入福射缝隙,T型节分出的两路微带线长短不同,与T 型节90度弯折连接的微带馈线比另一微带馈线长四分之一介质波长,目的是使天线激励起 两个幅度相等相位正交的激励模,从而实现圆极化。进一步的,在天线下方约四分之一波长 距离的位置处放置金属反射板,将天线的福射约束在上半空间。
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