一种二维宽角扫描阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种二维宽角扫描阵列天线。其中，该天线包括：从下向上依次设置的地板、第一层介质板、AMC结构、第二层介质板、第三层介质板、设置在所述第三层介质板上方的电偶极子，以及设置在所述第三层介质板下方和所述地板之间的磁偶极子；所述电偶极子和所述磁偶极子用于分别产生同相的电流和磁流；所述AMC结构的电面呈现PEC结构，所述AMC结构的磁面呈现AMC结构，以实现天线阵列沿着X轴和Y轴的二维宽角扫描，同时，本实施例中的天线的设计工艺简单、成本较低、结构稳定、加工技术成熟，良品率高，适合大规模量产。适合大规模量产。适合大规模量产。

【技术实现步骤摘要】
一种二维宽角扫描阵列天线


[0001]本专利技术实施例涉及无线通信技术，尤其涉及一种二维宽角扫描阵列天线。

技术介绍

[0002]随着电子技术的飞速发展，相控阵天线以其灵活的波束扫描能力、高跟踪精度、适应载体高速机动能力等显著特点，近年来在卫星通讯、雷达、天文气象、空中交通、地球探测、空间探索、遥感测绘、5G通讯系统等领域得到了广泛的应用。然而相控阵天线有个严重的缺点，即天线的波束扫描范围有限、增益高。
[0003]为了进一步扩大光束扫描的覆盖范围，研究者们进行了许多相关的工作，以打破有限的扫描角度瓶颈。
[0004]首先我们知道阵列天线如果有较宽的扫描角度应具备两个方面：一是单元间距尽可能近，二是单元要有较宽的波束。在这个基础上研究者们做了大量的工作使得相控阵天线的扫描能力可以在电面(E面)和磁面(H面)分别实现较大的扫描范围，但是依然只能在一维层面上实现较宽的扫描角度，并且现阶段天线阵列设计复杂，在实际应用中并不能满足大多数应用。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的问题，本专利技术创造性地设计了一种电流和磁流同相加载，并采用特殊AMC结构的阵列天线，以实现阵列天线的二维宽角扫描。
[0006]本专利技术实施例提供的一种二维宽角扫描阵列天线，包括：
[0007]从下向上依次设置的地板、第一层介质板、AMC结构、第二层介质板、第三层介质板、设置在所述第三层介质板上方的电偶极子，以及设置在所述第三层介质板下方和所述地板之间的磁偶极子；
[0008]所述电偶极子和所述磁偶极子分别用于产生电流和磁流，所述电流和磁流同相；所述AMC结构在电面呈现PEC结构，所述AMC结构在磁面呈现AMC结构，以实现天线阵列的二维宽角扫描。
[0009]可选的，所述电偶极子为设置在所述第三层介质板上方的顶层贴片。
[0010]可选的，所述磁偶极子包括设置在所述第二层介质板上的两个底层贴片、分别与所述两个底层贴片相连的铜柱，以及与其中一个底层贴片相连的馈电结构，所述两个底层贴片之间设置有一定的缝隙。
[0011]可选的，根据镜像原理，所述电偶极子加载AMC结构在磁面呈现一维宽角扫描；所述磁偶极子加载PEC结构在电面呈现一维宽角扫描。
[0012]可选的，所述宽角扫描的角度为
±
75
°
。
[0013]本专利技术设计的阵列天线电流和磁流同相，采用的AMC结构在E面和H面呈现不同的结构性质，使得天线阵列可以在沿着X轴和Y轴方向实现宽角扫描；同时，天线的设计工艺简单、成本较低、结构稳定、加工技术成熟，良品率高，适合大规模量产。
附图说明
[0014]图1为本专利技术提供的一种二维宽角扫描阵列天线的侧剖面示意图；
[0015]图2为本专利技术提供的一种二维宽角扫描阵列天线分层结构示意图；
[0016]图3为本专利技术提供的一种二维宽角扫描阵列天线单元的俯视图；
[0017]图4为本专利技术提供的一种二维宽角扫描阵列天线加载AMC结构的俯视图；
[0018]图5a为本专利技术提供的AMC结构示意图；
[0019]图5b为本专利技术提供的AMC反射相位图；
[0020]图6为本专利技术提供的一种二维宽角扫描阵列天线沿Y轴的组阵俯视图；
[0021]图7为本专利技术提供的Y轴组阵天线的扫描能力示意图；
[0022]图8为本专利技术提供的一种二维宽角扫描阵列天线沿X轴的组阵俯视图；
[0023]图9为本专利技术提供的X轴组阵天线的扫描能力示意图；
[0024]图10为本专利技术提供的一种二维宽角扫描阵列天线示意图。
[0025]其中，1：地板；2：第一层介质板；3：AMC结构；4：第二层介质板；5：第三层介质板；6：铜柱；7：底层贴片；8：馈电结构；9：顶层贴片。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。
[0027]实施例
[0028]如图1所示，图1为本专利技术提供的一种二维宽角扫描阵列天线的侧剖面示意图，所述天线包括：从下向上依次设置的地板1、第一层介质板2、人工磁导体(AMC)结构3、第二层介质板4、第三层介质板5、设置在所述第三层介质板上方的电偶极子9，以及设置在所述第三层介质板下方和所述地板之间的磁偶极子。
[0029]其中，所述电偶极子为设置在所述第三层介质板上方的顶层贴片9。所述磁偶极子包括设置在所述第二层介质板上的两个底层贴片7、分别与所述两个底层贴片相连的铜柱6，以及与其中一个底层贴片相连的馈电结构8，所述两个底层贴片之间设置有一定的缝隙。
[0030]天线的工作机理如图2和图3所示，顶层贴片通过底层贴片的辐射产生所需要的电流JE，底层的结构是一个磁偶极子(6，7，8)，磁偶极子会在两个底层贴片的缝隙处产生一个电场E，根据等效理论缝隙处产生的电场会等效成一个和电场垂直的沿着负X轴方向的磁流JM，由于顶部贴片是一个简单的电偶极子，它的电流方向JE也是沿着负X轴，这样就会使电流和磁流同相。
[0031]如图4所示，天线单元底层加载了AMC结构，本专利技术实施例所采用的AMC结构以及反射相位参见5a和5b。本实施例中采用的AMC结构沿着不同的方向可以呈现不同的特性，沿着X轴AMC会表现出人工磁导体与金属表面(PEC)结构的特性。根据镜像原理，磁偶极子与PEC结构组合会表现出E面宽角扫描；沿着Y轴所设计的AMC结构会呈现出普通AMC的特性；根据镜像原理，AMC结构和地板结合会呈现出PMC特性，电偶极子会在H面呈现宽角扫描。
[0032]图6为本专利技术提供的一种二维宽角扫描阵列天线沿Y轴的组阵俯视图，此时的天线顶层电偶极子H面组阵，底层磁偶极子E面组阵，会在沿着Y轴方向呈现宽角扫描特性。图7为
本专利技术实施例提供的Y轴组阵天线的扫描能力示意图。进一步参见图8，此时沿着X轴方向特殊的AMC结构就会等效成普通地板，本专利技术实施例所设计的天线在沿着X轴组阵时，会呈现出
±
75
°
的宽角扫描特性。具体参见图9，图9为本专利技术所述的X轴组阵天线的扫描能力示意图。
[0033]示例性的，一种二维宽角扫描阵列天线如图10所示，该天线的电流和磁流同相加载，且采用特殊的AMC结构。具体的，该天线阵列由8
×
8个单元组成，天线顶部贴片和底层磁偶极子的设计使得电流和磁流同相；天线底部加载了特殊的AMC结构，本专利技术实施例所示AMC结构会在不同方向产生不同的特性，在磁偶极子E面组阵会呈现PEC特性，在电偶极子H面组阵会呈现AMC结构的性质。根据镜像原理磁偶极子与PEC组合会在E面宽角扫描；AMC结构和地板结合会呈现出PMC特性，电偶极子与PMC组合会在H面宽角扫描。由于本专利技术实施例所提供的天线电流和磁流同相，通过加载在特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维宽角扫描阵列天线，其特征在于，包括：从下向上依次设置的地板、第一层介质板、AMC结构、第二层介质板、第三层介质板、设置在所述第三层介质板上方的电偶极子，以及设置在所述第三层介质板下方和所述地板之间的磁偶极子；所述电偶极子和所述磁偶极子分别用于产生电流和磁流，所述电流和磁流同相；所述AMC结构在电面呈现PEC结构，所述AMC结构在磁面呈现AMC结构，以实现天线阵列的二维宽角扫描。2.根据权利要求1所述的二维宽角扫描阵列天线，其特征在于，所述电偶极子为设置在所述第三层介质板上方的顶层贴片。3.根据权利要求1所述的二...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕思涵，何宇奇，赵鲁豫，凡泽兴，张璐，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：