一种超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线，包括透射阵列和馈源天线，透射阵列由若干透射单元呈周期性分布组成；透射单元包括两个平行相对的宽角阻抗匹配层，两个宽角阻抗匹配层之间设置有中间地板，每个宽角阻抗匹配层上均设置有一个紧耦合偶极子天线，两个紧耦合偶极子天线之间接有相移线和金属耦合短路柱；两个紧耦合偶极子天线和中间地板构成了透射单元的接收层和发射层；馈源天线的相位中心位于透射阵列的焦点处，透射阵列将馈源天线发射的球面电磁波转换成平面电磁波；采用馈源位移技术，通过沿弧形轨道旋转馈源天线，实现宽角波束扫描，本发明专利技术具有超宽带、成本低、宽角扫描范围广等优势。宽角扫描范围广等优势。宽角扫描范围广等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线


[0001]本专利技术属于无线通信系统中的天线
，特别涉及一种超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线。

技术介绍

[0002]在卫星通信、雷达探测、深空通信和地面点对点通信等应用场景中，高增益天线可以在无线信号的接收和发射过程中提供更强的信号强度，因此具有定向波束的高增益天线具有重要应用价值。此外，宽带宽角扫描阵列天线在无线通信系统、汽车雷达、高分辨率成像系统中应用广泛，波束扫描透射阵天线因其具有高增益波束扫描的能力受到了业界的重点关注。
[0003]当前波束扫描透射阵天线主要包括电控波束扫描和机械波束扫描两种方式，电控波束扫描透射阵天线具有波束切换速度快、波束指向准确、扫描范围大等优势，然而往往需要在透射阵面集成大量有源器件大大增加了天线的成本；机械波束扫描天线具有工程实现简单、制作成本低等优势，然而存在波束指向不准、扫描范围有限等不足。无论哪种波束扫描透射阵天线均存在工作带宽较窄的固有缺陷，限制了其大规模应用。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线，利用紧耦合阵列天线的宽频带工作效应设计具有高角度稳定性的透射单元，通过馈源位移技术实现
±
40
°
的波束扫描，所提出的透射阵列天线具有超宽带、大角度、低成本的特点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线，包括透射阵列和馈源天线；
[0007]所述透射阵列由若干透射单元呈周期性分布组成；所述透射单元包括两个平行相对的宽角阻抗匹配层，两个宽角阻抗匹配层之间设置有中间地板，每个宽角阻抗匹配层上均设置有一个紧耦合偶极子天线，两个紧耦合偶极子天线之间接有相移线和金属耦合短路柱；两个紧耦合偶极子天线和中间地板构成了透射单元的接收层和发射层；
[0008]所述馈源天线的相位中心位于所述透射阵列的焦点处，所述透射阵列将所述馈源天线发射的球面电磁波转换成平面电磁波；采用馈源位移技术，通过沿弧形轨道旋转馈源天线，实现宽角波束扫描。
[0009]在一个实施例中，所述宽角阻抗匹配层包括第一介质基板和印刷在第一介质基板外侧的多个周期性的十字形金属贴片；所述紧耦合偶极子天线包括第二介质基板和印刷在第二介质基板外侧的紧耦合偶极子；所述紧耦合偶极子是由一个矩形金属贴片在中间切角成偶极子臂的结构；，所述第一介质基板设置在第二介质基板的外侧，与第二介质基板平行。
[0010]在一个实施例中，所述相移线印刷在第三介质基板上，所述第三介质基板连接在
两个所述第二介质基板的内侧之间，且与所述第二介质基板垂直，同一紧耦合偶极子的偶极子臂关于第三介质基板对称。
[0011]在一个实施例中，所述相移线为印刷在所述第三介质基板两侧的弯折平行双线结构，两条相移线分别在第三介质基板的两侧连接两个紧耦合偶极子。
[0012]在一个实施例中，所述金属耦合短路柱为C型，共有两个，关于第三介质基板对称镜像放置在所述两个紧耦合偶极子之间。
[0013]在一个实施例中，所述中间地板包括穿过第三介质基板的两条金属片，所述两条金属片与所述第三介质基板垂直，且所述金属片在第二介质基板的投影与两个紧耦合偶极子不重叠。
[0014]在一个实施例中，所述透射阵列的轮廓为矩形或圆形，透射单元的间距为第二介质基板的边长；
[0015]所述馈源天线采用角锥或圆锥喇叭天线，馈源天线的辐射方向朝向透射阵列中心。
[0016]在一个实施例中，所述透射单元通过改变相移弯折区域长度l实现对透射相位的调控，透射单元的幅度参数在
‑
2dB以上，相位参数满足360
°
。
[0017]在一个实施例中，根据工作频率选择两个馈源天线对阵面进行照射，通过沿弧形轨道旋转馈源天线实现波束扫描。
[0018]在一个实施例中，所述超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线具有稳定辐射方向图的工作带宽为3倍频，即2GHz
‑
6GHz，具有80
°
的波束覆盖范围。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术透射阵列天线中采用的透射阵列由宽角阻抗匹配层、金属耦合短路柱和紧耦合收发天线结合相移线组成，与其他透射阵列相比，该透射阵列具有超宽带的工作能力，且透射单元具有较高的角度稳定性。在透射单元实现相移功能方面，所设计的单元通过改变相移线弯折区域的长度实现具有真时延特性的调相，所设计透射阵列天线具有稳定辐射方向图所对应的频带范围较宽。
[0021]此天线具有频带宽、大角度、成本低等优点，适合用于微波中继站、卫星通信、雷达探测等领域。
附图说明
[0022]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：
[0023]图1为本专利技术具体实施方式中超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线结构示意图。
[0024]图2为本专利技术具体实施方式中透射单元的立体结构图。
[0025]图3为本专利技术具体实施方式中透射单元的宽角阻抗匹配层俯视图，即相关结构及参数示意图。
[0026]图4为本专利技术具体实施方式中透射单元的紧耦合偶极子俯视图，即相关结构及参数示意图。
[0027]图5为本专利技术具体实施方式中透射单元的相移线主视图，即相关结构及参数示意图。
[0028]图6为本专利技术具体实施方式中透射单元的透射参数随频率变化示意图。
[0029]图7为本专利技术具体实施方式中透射单元在不同角度TE极化电磁波斜入射照射时单元的透射参数。
[0030]图8为本专利技术具体实施方式中透射单元在不同角度TM极化电磁波斜入射照射时单元的透射参数。
[0031]图9为本专利技术具体实施方式中工作在4GHz频点的超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线的扫描方向图。
[0032]图10为本专利技术具体实施方式中超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线随频率变化的增益仿真曲线图。
[0033]图中：1、透射阵列；2、透射单元；3、馈源天线；101、十字形金属贴片；102、第一介质基板；103、第二介质基板；104、紧耦合偶极子；105、第三介质基板；106、相移线；107、金属耦合短路柱；108、中间地板。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对专利技术作进一步的详细说明，但并不作为对专利技术做任何限制的依据。
[0035]如图1所示，为本专利技术的超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线的结构示意图，本专利技术实施例中，该超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线主要包括透射阵列1和馈源天线3。
[0036]馈源天线3的相位中心位于透射阵列1的焦点处。透射阵列1将馈源天线3发射的球面电磁波转换成平面电磁波并向外辐射；采用馈源位移技术，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线，其特征在于，包括透射阵列(1)和馈源天线(3)；所述透射阵列(1)由若干透射单元(2)呈周期性分布组成；所述透射单元(2)包括两个平行相对的宽角阻抗匹配层，两个宽角阻抗匹配层之间设置有中间地板(108)，每个宽角阻抗匹配层上均设置有一个紧耦合偶极子天线，两个紧耦合偶极子天线之间接有相移线(106)和金属耦合短路柱(107)；两个紧耦合偶极子天线和中间地板(108)构成了透射单元(2)的接收层和发射层；所述馈源天线(3)的相位中心位于所述透射阵列(1)的焦点处，所述透射阵列(1)将所述馈源天线(3)发射的球面电磁波转换成平面电磁波；采用馈源位移技术，通过沿弧形轨道旋转馈源天线，实现宽角波束扫描。2.根据权利要求1所述超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线，其特征在于，所述宽角阻抗匹配层包括第一介质基板(102)和印刷在第一介质基板(102)外侧的多个周期性的十字形金属贴片(101)；所述紧耦合偶极子天线包括第二介质基板(103)和印刷在第二介质基板(103)外侧的紧耦合偶极子(104)；所述紧耦合偶极子(104)是由一个矩形金属贴片在中间切角成偶极子臂的结构；，所述第一介质基板(102)设置在第二介质基板(103)的外侧，与第二介质基板(103)平行。3.根据权利要求2所述超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线，其特征在于，所述相移线(106)印刷在第三介质基板(105)上，所述第三介质基板(105)连接在两个所述第二介质基板(103)的内侧之间，且与所述第二介质基板(103)垂直，同一紧耦合偶极子(104)的偶极子臂关于第三介质基板(105)对称。4.根据权利要求3所述超宽带紧耦合宽角扫描透射阵列天线，其特征在于，所述相移线(106)为印刷在所述第三介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，汤灏，汪兆凌，高雨辰，魏昆，姜文，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：