一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线制造技术

本发明专利技术涉及微波天线技术领域，具体涉及一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线，包括自上而下依次设置的介质基板和地板，所述介质基板的上表面均匀设置有多个单元天线，所述单元天线包括由内而外依次设置的圆形贴片、圆环贴片和方环形贴片，所述圆形贴片内设置有圆形贴片加载缝隙，所述圆环贴片内设置有圆环贴片加载缝隙，所述单元天线还包括第一激励探针、第二激励探针、第三激励探针和方环形短路探针阵列。本发明专利技术每个单元天线能够同时激励起圆形贴片的TM

A low profile dual polarization wide angle scanning planar phased array antenna

【技术实现步骤摘要】
一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线
本专利技术涉及微波天线
，具体涉及一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线。
技术介绍
阵列天线能够通过电磁波在空间中的干涉作用形成单元天线所辐射方向图的叠加进而达成高方向性的效果，然而高方向性的代价是波数覆盖范围的减小。为了提升阵列天线的波束覆盖，机械转动辅助扫描的方式早期被采用，这种扫描机制往往受限于机械转动的速度与精度。二十世纪六十年代以来，随着集成电路与半导体技术的发展，相控阵天线逐渐引起研究者们的注意，其能够实现高精度的实时扫描波束切换。平板相控阵天线是一种具有低剖面、低成本以及易于安装集成等优点的相控阵天线，在现代军事与民用应用中具有突出的应用前景。然而限制平板相控阵天线应用的一大难题是其较窄的波束扫描范围，这主要是由于阵列单元天线一般具有较窄的波束宽度所造成的，因此实现宽角扫描平板相控阵天线的关键技术在于扩展单元天线的波束宽度。为了解决这一问题，表面波辅助技术、镜像原理以及方向图可重构技术等方法被引入到阵列单元的设计中以提高其辐射波束宽度，进而实现宽角扫描相控阵天线的设计。其中，方向图可重构技术是一种较好的设计方法，其能够使得相控阵天线在宽角扫描过程中具有较高的增益和较低的旁瓣电平。文献“AWide-AngleScanningPlanarPhasedArraywithPatternReconfigurableMagneticCurrentElement，(XiaoDing,You-FengCheng，WeiShao，HuaLi，Bing-ZhongWangandE.AnagnostouDimitris，IEEETransactionsonAntennasandPropagation，2017，65(3):1434–1439)”通过将八木原理与镜像原理相结合并采用可重构技术设计了一款宽角度扫描相控阵天线。所设计的天线能够在E面内实现-75°～+75°的主波束扫描范围，并且具有较高的增益平坦度(增益波动小于±0.75dB)。然而，该设计的弊端是相控阵天线需要极其复杂的偏置网络与馈电网络，因而具有很高的设计复杂度，在很多实际应用中并不适用。近年来，贴片模式技术被应用于宽角度扫描相控阵天线的设计。文献“AWide-AngleScanningPhasedArraywithMicrostripPatchModeReconfigurationTechnique，(XiaoDing,You-FengCheng，WeiShaoandBing-ZhongWang，IEEETransactionsonAntennasandPropagation，2017，65(9):4548–4555)”通过可重构技术可以实现贴片模式TM01模式与TM20的切换，进而提出了一种具有宽角度扫描特性的平板相控阵天线。该天线可以实现±75°范围内的主波束扫描，并且增益波动小于±1dB。然而，该天线所重构出的两个模式之间具有不同的电场极化，因而在宽角度扫描内的极化问题会影响其在实际应用中的可行性。从上述分析中可以看出，可重构贴片模式技术的研究在宽角度扫描平板相控阵天线的设计中具有非常重要的意义与价值，但需要解决好宽角扫描过程中的极化问题，以及避免使用复杂的馈电网络与直流偏置电路，因此，本专利技术提高一种基于TM11和TM21混合模式的低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于TM11和TM21混合模式的低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线，由5×5个单元天线组成，每个单元天线能够同时激励起圆形微带贴片的TM11模式和圆环微带贴片的TM21模式形成宽辐射波束宽度，并且在阵列单元间引入降耦结构以降低阵列间的耦合从而避免扫描盲点的出现。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线，包括自上而下依次设置的介质基板和地板，所述介质基板的上表面均匀设置有多个单元天线，所述单元天线包括由内而外依次设置的圆形贴片、圆环贴片和方环形贴片，所述圆形贴片内设置有圆形贴片加载缝隙，所述圆环贴片内设置有圆环贴片加载缝隙，所述单元天线还包括第一激励探针、第二激励探针、第三激励探针和方环形短路探针阵列，所述第一激励探针、第二激励探针的顶部分别依次穿过地板、介质基板，并与圆形贴片连接，所述第三激励探针的顶部分别依次穿过地板、介质基板，并与圆环贴片连接，所述方环形短路探针阵列与方环形贴片对应设置，方环形短路探针阵列的两端分别与地板、方环形贴片连接。进一步地，所述圆形贴片加载缝隙包括多个U型加载缝隙和多个弧形加载缝隙，所述U型加载缝隙、弧形加载缝隙依次交替、首尾相连、闭合成环设置。进一步地，所述弧形加载缝隙位于同一圆周上。进一步地，所述圆形贴片加载缝隙包括四个U型加载缝隙和四个弧形加载缝隙。进一步地，所述圆环贴片加载缝隙包括多个第一矩形加载缝隙组和多个第二矩形加载缝隙组，所述第一矩形加载缝隙组包括多个第一矩形加载缝隙，且第一加载缝隙组与弧形加载缝隙对应设置，所述第二矩形加载缝隙组包括多个第二矩形加载缝隙，且第二加载缝隙组与U型加载缝隙对应设置。进一步地，所述第一矩形加载缝隙组包括四个第一矩形加载缝隙A和一个第一矩形加载缝隙B，所述第一矩形加载缝隙A与第一矩形加载缝隙B平行设置，且第一矩形加载缝隙A对称设置在第一矩形加载缝隙B的两侧。进一步地，所述第二矩形加载缝隙组包括两个第二矩形加载缝隙，所述第二矩形加载缝隙的延长线经过U型加载缝隙。进一步地，所述单元天线呈列阵排布设置，单元天线与方环形贴片一一对应设置，且所述方环形贴片构成方环形贴片网。进一步地，所述介质基板的上表面设置有5×5个单元天线。进一步地，所述方环形短路探针阵列包括多个圆柱探针。进一步地，单元天线通过3个SMA接头探针(3个SMA接头探针分别为第一激励探针、第二激励探针、第三激励探针)馈电，第一激励探针、第二激励探针用于激励起圆形贴片上的相互垂直的两个TM11模式，第三激励探针用于激励起圆环贴片上的TM21模式。进一步地，在地板上对应第一激励探针、第二激励探针、和第三激励探针的圆心处分别刻蚀了一个圆形缝隙，所述圆形缝隙用于对激励探针和地板进行隔离。在工作过程中，当第三激励探针激励，而第一激励探针、第二激励探针同时接匹配负载时，单元天线在yoz平面辐射出心形方向图，记录为模式1；当第二激励探针激励，而第一激励探针、第三激励探针同时接匹配负载时，单元天线在xoz平面辐射出心形方向图，记录为模式2；当第一激励探针激励，而第二激励探针、第三激励探针同时接匹配负载时，单元天线辐射出侧射方向图，记录为模式3。并且，模式1与模式2的极化方向相互垂直，模式1与模式3在xoz平面内的电场极化方向相同，模式1与模式2在yoz平面内的电场极化方向相同，因此模式1分别与模式2、模式3相结合时，不会出现计划不同的情况；所述相控阵天线的所有单元天线工作在模式1时能实现yoz平面内-45°～+45本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线，其特征在于，包括自上而下依次设置的介质基板和地板，所述介质基板的上表面设有多个单元天线，所述单元天线包括由内而外依次设置的圆形贴片、圆环贴片和方环形贴片，所述圆形贴片内设置有圆形贴片加载缝隙，所述圆环贴片内设置有圆环贴片加载缝隙，所述单元天线还包括第一激励探针、第二激励探针、第三激励探针和方环形短路探针阵列，所述第一激励探针、第二激励探针的顶部分别依次穿过地板、介质基板，并与圆形贴片连接，所述第三激励探针的顶部依次穿过地板、介质基板，并与圆环贴片连接，所述方环形短路探针阵列与方环形贴片对应设置，方环形短路探针阵列的两端分别与地板和方环形贴片连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线，其特征在于，包括自上而下依次设置的介质基板和地板，所述介质基板的上表面设有多个单元天线，所述单元天线包括由内而外依次设置的圆形贴片、圆环贴片和方环形贴片，所述圆形贴片内设置有圆形贴片加载缝隙，所述圆环贴片内设置有圆环贴片加载缝隙，所述单元天线还包括第一激励探针、第二激励探针、第三激励探针和方环形短路探针阵列，所述第一激励探针、第二激励探针的顶部分别依次穿过地板、介质基板，并与圆形贴片连接，所述第三激励探针的顶部依次穿过地板、介质基板，并与圆环贴片连接，所述方环形短路探针阵列与方环形贴片对应设置，方环形短路探针阵列的两端分别与地板和方环形贴片连接。


2.根据权利要求1所述的一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线，其特征在于，所述圆形贴片加载缝隙包括多个U型加载缝隙和多个弧形加载缝隙，所述U型加载缝隙、弧形加载缝隙依次交替、首尾相连、闭合成环设置。


3.根据权利要求2所述的一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线，其特征在于，所述弧形加载缝隙位于同一圆周上。


4.根据权利要求2所述的一种低剖面双极化宽角度扫描平板相控阵天线，其特征在于，所述圆形贴片加载缝隙包括四个U型加载缝隙和四个弧形加载缝隙。


5.根据权利要求2所述的一种低剖面双极化宽角度扫描平板相...

【专利技术属性】
技术研发人员：程友峰，彭樊，廖成，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51