一种基于超表面的波束赋形阵列天线的制作方法

本发明涉及波束赋形天线，尤其涉及一种基于超表面的波束赋形阵列天线。

背景技术：

1、波束赋形在卫星通信和雷达探测领域有着广泛的应用，常见的赋形波束有平顶波束、低副瓣波束、余割平方波束等，不同的赋形波束在复杂多变的应用场景中发挥着重大的作用，平顶波束广泛应用于大面积覆盖的场景，例如地轨卫星需要宽波束对不同区域进行全方位覆盖，实现大范围的信息数据发射和接收，这就要求卫星上发出的信号可以等强度的到达目标区域，平顶波束恰好可以解决这个问题；再比如余割平方波束，它通常用于对空雷达探测，这种波束可以满足在水平方向有较高增益，在高俯仰方向增益逐渐降低，这种波束形状可以使得目标在同一个高度移动时，地面接收到的回波信号强度基本一致。在低俯仰角度时波束增益快速下降可以大大减少地板发射干扰信号，在高俯仰角度，波束增益接近纯平特性又可以使得接收机在目标长距离移动情况下接收到相同强度的信号，方面雷达接收和信号处理。

2、目前，得到上述各种赋形波束的方式主要有三种：1.通过对阵列天线各个单元的幅度和相位进行控制，从而得到目标波束形状；2.通过反射阵对平面波进行二次赋形完成波束重构；3.使用复杂的功分网络实现不同单元幅度和相位的控制。方法1结构简单、实现效果好，是工程中常用的方法，但是每个通道都需要独立调控的移相器和衰减器，大大增加了雷达的成本。方法2虽然成本低，但是喇叭馈源和反射面的使用使得阵面剖面高度和重量大大增加，在许多低剖面和轻重量的应用场景中无用武之地。方法3也是工程中常用的波束赋形方法，但是随着单元数量越来越多，赋形波束需要的幅度和相位越来越多样，功分网络的复杂程度难以想象，需要投入大量人力去设计和调试，而且在很多结构紧凑的阵面中，功分网络的设计空间十分受限，成为限制其发展的重要因素。今年来超表面的发展如火如荼，有很多学者使用超表面对平面波进行了赋形，如多波束、低副瓣波束等等，但是馈源尺寸太大，为了获得平面波或者准平面波，馈源距离超表面的距离太远，难以满足工程中低剖面的需求，而且无法进行灵活的波束扫描，不能适应当前雷达探测的要求。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于超表面的波束赋形阵列天线。

2、本发明提出的一种基于超表面的波束赋形阵列天线，包括：天线阵面和超表面；

3、所述天线阵面包括多个列线源，每个所述列线源包括一个功分馈电网络和多个天线辐射单元，所述天线辐射单元与所述功分馈电网络通过金属化馈电孔连接，所述功分馈电网络通过所述金属化馈电孔对所述天线辐射单元进行馈电；

4、所述超表面加载于所述天线阵面上方，用于对通过所述天线阵面辐射的电磁波进行幅度和相位的调控。

5、优选地，天线辐射单元位于功分馈电网络上方。

6、优选地，还包括基体，基体包括自上而下依次设置的四个双层印制板；

7、超表面设置在顶部印制板上，天线辐射单元设置在次顶部印制板上，功分馈电网络设置在次底部印制板上，金属化馈电孔贯穿中间两个印制板设置。

8、优选地，所述超表面由金属贴片阵列构成。

9、优选地，金属贴片设置在顶部印制板的顶面和底面。

10、优选地，金属贴片包括位于中部的圆形贴和套设在圆形贴外部的矩形环状贴。

11、优选地，天线辐射单元设置在次顶部印制板的顶部。

12、优选地，天线辐射单元采用辐射贴片阵列，辐射贴片上设有用于阻抗匹配的缝隙。

13、优选地，所述功分馈电网络由多个一分二枝节和一分三枝节的功分器组合而成。

14、优选地，所述功分馈电网络设置在次底部印制板的底面。

15、本发明中，所提出的基于超表面的波束赋形阵列天线，所述天线阵面包括多个列线源，每个所述列线源包括一个功分馈电网络和多个天线辐射单元，所述天线辐射单元与所述功分馈电网络通过金属化馈电孔连接，所述功分馈电网络通过所述金属化馈电孔对所述天线辐射单元进行馈电；所述超表面加载于所述天线阵面上方，对通过所述天线阵面辐射的电磁波进行幅度和相位的调控。通过上述优化设计的超表面的波束赋形阵列天线，将相位扫描和超表面波束赋形相结合，阵列一维赋形一维相位扫描，实现波束赋形和波束快速扫描，同时天线阵面、功分馈电网络和超表面加载的一体化设计，成本低廉，整个阵面的剖面高度大大降低。

技术特征：

1.一种基于超表面的波束赋形阵列天线，其特征在于，包括：天线阵面和超表面；

2.根据权利要求1所述的基于超表面的波束赋形阵列天线，其特征在于，天线辐射单元(13)位于功分馈电网络(14)上方。

3.根据权利要求2所述的基于超表面的波束赋形阵列天线，其特征在于，还包括基体，基体包括自上而下依次设置的四个双层印制板；

4.根据权利要求3所述的基于超表面的波束赋形阵列天线，其特征在于，所述超表面由金属贴片(12)阵列构成。

5.根据权利要求4所述的基于超表面的波束赋形阵列天线，其特征在于，金属贴片(12)设置在顶部印制板(8)的顶面和底面。

6.根据权利要求5所述的基于超表面的波束赋形阵列天线，其特征在于，金属贴片(12)包括位于中部的圆形贴(15)和套设在圆形贴(15)外部的矩形环状贴(16)。

7.根据权利要求3所述的基于超表面的波束赋形阵列天线，其特征在于，天线辐射单元(13)设置在次顶部印制板(9)的顶部。

8.根据权利要求7所述的基于超表面的波束赋形阵列天线，其特征在于，天线辐射单元(13)采用辐射贴片(17)阵列，辐射贴片(17)上设有用于阻抗匹配的缝隙(18)。

9.根据权利要求1所述的基于超表面的波束赋形阵列天线，其特征在于，所述功分馈电网络(14)由多个一分二枝节(20)和一分三枝节(21)的功分器组合而成。

10.根据权利要求9所述的基于超表面的波束赋形阵列天线，其特征在于，所述功分馈电网络(14)设置在次底部印制板(10)的底面。

技术总结
本发明公开了一种基于超表面的波束赋形阵列天线，所述天线阵面包括多个列线源，每个所述列线源包括一个功分馈电网络和多个天线辐射单元，所述天线辐射单元与所述功分馈电网络通过金属化馈电孔连接，所述功分馈电网络通过所述金属化馈电孔对所述天线辐射单元进行馈电；所述超表面加载于所述天线阵面上方，对通过所述天线阵面辐射的电磁波进行幅度和相位的调控。通过上述优化设计的超表面的波束赋形阵列天线，将相位扫描和超表面波束赋形相结合，阵列一维赋形一维相位扫描，实现波束赋形和波束快速扫描，同时天线阵面、功分馈电网络和超表面加载的一体化设计，成本低廉，整个阵面的剖面高度大大降低。

技术研发人员：余泽,陈畅,苗菁,张小林,刘露,王亚茹,樊浩,陈卫东,张琪春,黎林,陈豹
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第三十八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14