具有多相位中心的自适应辐射单元及阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种具有多相位中心的自适应辐射单元及阵列天线，自适应辐射单元包括介质基板及其下表面金属层和上表面印刷电路的两个矩形金属贴片，两个矩形金属贴片分别通过接地金属化通孔与下表面金属层连接，两个矩形金属贴片分别连接有馈电端口，馈电端口连接有移相器，自适应辐射单元具有多相位中心，且各个相位中心的馈电相位可变，通过改变各相位中心之间的相位关系改变该自适应辐射单元的辐射方向图。阵列天线的多个自适应辐射单元相互连接，相邻的自适应辐射单元的相邻端口共用一个移相器；单元方向图指向随阵因子指向自动发生偏转，在不增加传统的阵列天线移相器个数以及馈电电路复杂度的情况下实现单元波束随阵列扫描角度偏转以及阵列的大角度扫描。

Adaptive radiation unit and array antenna with multi phase centers

The invention discloses an adaptive radiation unit and an array antenna with a multi-phase center. The adaptive radiation unit comprises a dielectric substrate and two rectangular metal patches with a metal layer on the lower surface and a printed circuit on the upper surface. The two rectangular metal patches are connected with a metal layer on the lower surface through a grounded through-hole, respectively. Rectangular metal patches are connected with feeding ports, feeding ports are connected with phase shifters, adaptive radiation unit has multi-phase center, and the feeding phase of each phase center is changeable. The radiation pattern of the adaptive radiation unit is changed by changing the phase relationship between each phase center. Multiple adaptive radiation units of the array antenna are connected to each other, and the adjacent ports of the adaptive radiation units share a phase shifter; the element pattern deflects automatically with the array factor pointing, and the element beam following array is realized without increasing the number of traditional array antenna phase shifters and the complexity of the feed circuit. Column scanning angle deflection and large angle scanning of array.

【技术实现步骤摘要】
具有多相位中心的自适应辐射单元及阵列天线
本专利技术涉及一种实现大角度扫描的阵列天线技术，尤其涉及一种具有多相位中心的自适应辐射单元及阵列天线。
技术介绍
相控阵天线的波束扫描范围是相控阵天线的一个重要指标，而对于传统的平面相控阵天线，由于大角度扫描时阵列口径投影面积的减小以及单元有源阻抗失配的影响，其有效扫描角度通常不超过±40°(MaillouxR.J.,PhasedArrayAntennaHandbook,ArtechHouse,1994.)。平面相控阵天线的扫描角度限制了其应用范围。近年来国内外学者已对拓展波束扫描阵列的扫描范围进行了一系列的研究，其中一种思想是通过单元波束偏转以提高单元在低仰角处的增益。2008年，ToshevAG.在IEEE的TransactionsonAntennas&Propagation上发表了“用于阵列天线大角度扫描的多面板概念”的论文(“MultipanelConceptforWide-AngleScanningofPhasedArrayAntennas”.IEEETransactionsonAntennas&Propagation,2008,56(10):3330-3333.)。文中提出了通过在每个单元后端接驱动装置的方法实现单元波束指向的改变，可以实现±75°的波束扫描范围。但是其单个阵元主辐射方向的改变受到机械转动速率和惯性的制约。随着微波pin开关的发展，国内外学者开始研究基于微波开关的各种可重构天线。2011年，DingX等人在IEEE的TransactionsonAntennas&Propagation上发表了“关于毫米波阵列天线大角度扫描的研究”(DingX,WangBZ,HeGQ.“Researchonamillimeter-wavephasedarraywithwide-anglescanningperformance”.IEEETransactionsonAntennasandPropagation,2013,61(10):5319-5324.)。文中提出了由辐射方向图可重构的天线单元组成的一维相控阵，每个天线单元具有三种可重构的辐射模式，可以在±75°的扫描范围实现半功率波束覆盖。但是，由于单个天线单元由三个贴片组成，单元尺寸较大，阵列天线单元之间的间距为1.18λ，其相应的副瓣较高,且出现栅瓣。同时，该结构需要额外添加控制电路来切换每个天线单元的不同辐射模式。2016年，DingX在IEEE的TransactionsonAntennas&Propagation上发表了“基于方向图可重构的磁流单元的大角度扫描阵列”(DingX,ChengYF,ShaoW,etal.AWide-AngleScanningPlanarPhasedArraywithPatternReconfigurableMagneticCurrentElement[J].IEEETransactionsonAntennas&Propagation,2016,PP(99):1-1.)。文中，将缝隙天线与八木天线的原理结合起来，辐射单元中的缝隙包含驱动项与寄生项，通过开关对寄生部分进行电调谐，从而实现单元波束可重构。但这种基于开关的设计仍然不可避免复杂的控制电路。上述文献表明，，目前基于机械转动辐射单元的波束偏转天线受到机械转动速率和惯性的制约，而基于微波开关的单元波束可重构天线均需要复杂的控制电路来控制各个开关的通断，且由于可重构的主要原理是利用天线单元的不同部分进行辐射，存在天线尺寸较大的问题。目前尚无在不增加平面阵列天线原有结构复杂度的情况下，即不采用附加结构的可用于大角度扫描的天线单元设计的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有多相位中心的自适应辐射单元及阵列天线。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的具有多相位中心的自适应辐射单元，包括介质基板及其下表面金属层和上表面印刷电路，所述印刷电路包括两个矩形金属贴片，所述两个矩形金属贴片分别通过接地金属化通孔与所述下表面金属层连接，两个矩形金属贴片分别连接有馈电端口，所述馈电端口连接有移相器；该自适应辐射单元具有多相位中心，且各个相位中心的馈电相位可变，通过改变各相位中心之间的相位关系改变该自适应辐射单元的辐射方向图。本专利技术的阵列天线，该阵列天线包括多个上述的具有多相位中心的自适应辐射单元，多个自适应辐射单元相互连接，相邻的自适应辐射单元的相邻端口共用一个移相器；所述自适应辐射单元的辐射波束随各相位中心馈电相位差的变化规律与所述阵列天线的扫描角度随阵列馈电相差的变化规律保持一致；所述自适应辐射单元的波束偏转是由阵列馈电相位差控制的。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的具有多相位中心的自适应辐射单元及阵列天线，单元方向图指向随阵因子指向自动发生偏转，在不增加传统的阵列天线移相器个数以及馈电电路复杂度的情况下实现单元波束随阵列扫描角度偏转以及阵列的大角度扫描。附图说明图1为本专利技术实施例中的具有多相位中心的自适应辐射单元原理示意图。图2为本专利技术实施例中的具有多相位中心的自适应辐射单元组成的阵列结构原理示意图。图3为本专利技术具体实施例的具有多相位中心的自适应辐射单元整体结构三维示意图。图4为本专利技术具体实施例的具有多相位中心的自适应辐射单元结构侧视示意图。图5为本专利技术具体实施例的具有多相位中心的自适应辐射单元结构俯视示意图。图6为本专利技术具体实施例的具有多相位中心的自适应辐射单元对应的双端口的回波损耗图。图7为本专利技术具体实施例的具有多相位中心的自适应辐射单元的二维辐射方向图。图8为本专利技术具体实施例的阵列天线的馈电结构图。图9为本专利技术具体实施例的阵列天线大角度扫描方向图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本专利技术的具有多相位中心的自适应辐射单元及阵列天线，其较佳的具体实施方式是：具有多相位中心的自适应辐射单元包括介质基板及其下表面金属层和上表面印刷电路，所述印刷电路包括两个矩形金属贴片，所述两个矩形金属贴片分别通过接地金属化通孔与所述下表面金属层连接，两个矩形金属贴片分别连接有馈电端口，所述馈电端口连接有移相器；该自适应辐射单元具有多相位中心，且各个相位中心的馈电相位可变，通过改变各相位中心之间的相位关系改变该自适应辐射单元的辐射方向图。在所述矩形金属贴片一侧的短路边制作一排所述接地金属化通孔，所述馈电端口设于所述矩形金属贴片偏向另一侧的位置，采用同轴馈电方式，同轴内芯接所述矩形金属贴片，同轴外壁接所述下层金属地板。所述下表面金属层为金属导体铜，厚度为0.018mm，尺寸为35mm×35mm；所述介质基板为介电常数3.5的正方形F4B介质板，厚度为0.8mm，尺寸为35mm×35mm；所述矩形金属贴片的尺寸为3.95mm×16mm；所述接地金属化通孔的内壁金属化，半径为0.25mm，高度为0.8mm，孔的中心间距为0.85mm；所述馈电端口距所述矩形金属贴片的中心线1mm，同轴馈电的接口阻抗50Ω；该自适应辐射单元实施在9.85-10.15GHz频带内，中心频点为10GHz。阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多相位中心的自适应辐射单元，其特征在于，包括介质基板及其下表面金属层和上表面印刷电路，所述印刷电路包括两个矩形金属贴片，所述两个矩形金属贴片分别通过接地金属化通孔与所述下表面金属层连接，两个矩形金属贴片分别连接有馈电端口，所述馈电端口连接有移相器；该自适应辐射单元具有多相位中心，且各个相位中心的馈电相位可变，通过改变各相位中心之间的相位关系改变该自适应辐射单元的辐射方向图。

【技术特征摘要】
1.一种具有多相位中心的自适应辐射单元，其特征在于，包括介质基板及其下表面金属层和上表面印刷电路，所述印刷电路包括两个矩形金属贴片，所述两个矩形金属贴片分别通过接地金属化通孔与所述下表面金属层连接，两个矩形金属贴片分别连接有馈电端口，所述馈电端口连接有移相器；该自适应辐射单元具有多相位中心，且各个相位中心的馈电相位可变，通过改变各相位中心之间的相位关系改变该自适应辐射单元的辐射方向图。2.根据权利要求1所述的具有多相位中心的自适应辐射单元及阵列天线，其特征在于，在所述矩形金属贴片一侧的短路边制作一排所述接地金属化通孔，所述馈电端口设于所述矩形金属贴片偏向另一侧的位置，采用同轴馈电方式，同轴内芯接所述矩形金属贴片，同轴外壁接所述下层金属地板。3.根据权利要求2所述的具有多相位中心的自适应辐射单元及阵列天线，其特征在于，所述下表面金属层为金属导体铜，厚度为0.018mm，尺寸为35mm×35mm；所述介质基板为介电常...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱旗，王亚宁，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34