一种超定向性大间距非周期宽角扫描相控阵制造技术

本发明专利技术公开了一种超定向性大间距非周期宽角扫描相控阵，属于微波天线技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种超定向性大间距非周期宽角扫描相控阵


[0001]本专利技术属于微波天线
，具体涉及一种由超定向性的大尺寸天线单元为子阵构成的大间距非周期宽角扫描相控阵
。

技术介绍

[0002]相控阵雷达具有扫描速度快
、
扫描精度高等特点，相较于传统的机械转动扫描雷达，大大提高了雷达的空间扫描能力，并且在利用电磁回波信号进行测角
、
测距时，对于回波信号的处理更加便捷
。
距首款电扫相控阵雷达出现，相控阵技术已经在军用雷达领域发展数十年之久，随着数字电路和加工工艺的快速发展，相控阵技术正逐步向民用领域普及，但是相控阵雷达高昂的成本在民用
中是一个亟待解决的工程问题，其中
T/R
组件的造价成本占据了雷达系统的
75
％左右
。
已知每一路天线单元对应一组
T/R
组件，可以通过扩大同口径面内单元的间距，减少单元数量，从而减少
T/R
组件数量，达到降低成本的目的
。
因此，解决大间距稀疏阵列扫描时的栅瓣问题，研究大间距稀疏阵列的宽角扫描相控阵成为当前工程领域的重要方向之一
。
[0003]专利文献
CN113851833B(
申请号
CN202111220999.7)
公开发布了一种基于方向图可重构子阵技术的栅瓣抑制宽角扫描相控阵，其包含若干周期的排列的单元方向图可重构子阵，通过
PIN
管的导通切换单元方向图的方向，将单元方向图的零点对准阵因子方向图的栅瓣位置，从而抑制大间距稀疏阵列扫描时形成的栅瓣，实现整个频带内，在大间距方向实现扫描
±
30
°
，旁瓣电平均小于
‑
8.6dB
，在
0.5
倍波长间距方向实现
±
50
°
，旁瓣电平均小于
‑
10.5dB
，这种方法虽然能有效抑制栅瓣，但是
PIN
管在实际工程使用中存在诸多问题，例如馈电复杂
、
检修困难以及容易脱落等
。
[0004]专利文献
CN112803174B(
申请号
CN202110104425.7)
公开发布了一种基于零点扫描天线的大间距相控阵，阵面内的天线单元呈周期性排布，单元间距为
0.8
λ
，单元天线包含寄生贴片层
、
辐射贴片层
、
空气层和金属外壳，通过零点对准的方式，以较小规模的天线单元实现大角度
、
低旁瓣的二维相控阵
。
该方法所用单元结构采用多层堆叠设计，加工复杂，且存在
PIN
管馈电复杂
、
易脱落等问题
。
[0005]专利文献
CN213184579U(
申请号
CN202022129135.1)
公开发布了一种非周期矩形阵列排布的二维相控阵天线，子阵采用矩形栅格排列，在第一象限内，每个子阵对角首位相接，形成不重叠的外围阶梯子阵，第二层阶梯子阵类似进行排列，其他象限与第一象限对称，构成整个大间距二维阵列
。
天线的排列位置变化影响天线阵因子方向图的变化，通过改变位置排布进而抑制阵因子方向图扫描时出现的栅瓣，但是由于大间距排布导致子阵数目的减少，势必会对天线的辐射特性产生影响，相比同口径满阵天线，天线的增益以及增益滚降都受到损失
。
[0006]专利文献
CN109560392A(
申请号
CN201811483957.0)
公开发布了一种低成本广角波束覆盖相控阵天线系统，其中主要包括一个龙伯透镜
、
一套馈源可切换的系统以及阵列收发所需的射频前端，通过切换馈源的位置，进而改变电磁波对龙伯透镜辐射入射的位置，
达到波束偏转的效果，并且龙伯透镜这种梯度介电常数介质排布的透镜，可以提高辐射的增益
。
但是该透镜天线，加工困难，尤其是多层介电常数介质的加工，目前
3D
打印技术并不能完全按需加工所需透镜，其次，透镜天线的剖面较高，馈源阵列需要按照弧度排列的透镜边缘，因此在实际工程应用中也存在着一定问题
。
[0007]综上所述，大间距稀疏阵抑制栅瓣通常可以采用方向图可重构
、Corps
馈电网络设计
、
非周期位置排布以及加载透镜超表面等方法，但伴随着的是存在增益损失
、
增益滚降加剧
、
不易共形等问题，因此在抑制栅瓣的同时需要保持天线的辐射特性，尤其减少是同口径阵面下的增益损失
。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对以上技术背景当中提及的不足之处，提出了一种超定向性大间距非周期宽角扫描相控阵
。
[0009]本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]一种超定向性大间距非周期宽角扫描相控阵，其特征在于，该相控阵由若干超定向性大尺寸天线单元非周期排布组成，非周期排布方式由微扰法计算得到
。
[0011]所述超定向性大尺寸天线单元，包括介质基板
、
覆盖介质基板背面的接地板
、
设置于介质基板正面的辐射贴片和四个寄生贴片
、
四个金属通孔
、
以及馈电结构
。
[0012]所述超定向性大尺寸天线单元的宽边尺寸为
0.5
λ
—1.5
λ
、
窄边尺寸为
0.5
λ
，
λ
为天线中心频率在自由空间中的波长
。
[0013]所述辐射贴片的中心与超定向性大尺寸天线单元的中心重合，四个所述寄生贴片对称设置于辐射贴片的两侧，四个金属通孔分别位于各寄生贴片的中心位置
。
[0014]所述辐射贴片和所述寄生贴片的形状通过遗传算法优化拓扑结构得到，拓扑结构为三角形状
。
[0015]所述超定向性大尺寸天线单元通过同轴馈电结构与
T/R
组件连接进行馈电，相控阵工作时所有单元同时工作
。
[0016]进一步地，该相控阵的设计方法包括以下步骤：
[0017]S1.
确定相控阵工作频段，从而确定超定向性大尺寸天线单元尺寸
。
[0018]S2.
确定辐射贴片区域
、
寄生贴片区域
、
金属通孔位置
。
[0019]S3.
分别对辐射贴片区域和寄生贴片区域采用基础单元为三角结构的拓扑结构进行网格划分
。
[0020]S4.
采用遗传算法对辐射贴片和寄生贴片进行优化，得到辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超定向性大间距非周期宽角扫描相控阵，其特征在于，该相控阵由若干超定向性大尺寸天线单元非周期排布组成，非周期排布方式由微扰法计算得到；所述超定向性大尺寸天线单元的宽边尺寸为
0.5
λ
—1.5
λ
、
窄边尺寸为
0.5
λ
，
λ
为天线中心频率在自由空间中的波长；所述超定向性大尺寸天线单元，包括介质基板
、
覆盖介质基板背面的接地板
、
设置于介质基板正面的辐射贴片和四个寄生贴片
、
四个金属通孔
、
以及馈电结构；所述辐射贴片的中心与超定向性大尺寸天线单元的中心重合，四个所述寄生贴片对称设置于辐射贴片的两侧，四个金属通孔分别位于各寄生贴片的中心位置；所述辐射贴片和所述寄生贴片的形状通过遗传算法优化拓扑结构得到，拓扑结构为三角形状；所述超定向性大尺寸天线单元通过同轴馈电结构与
T/R
组件连接进行馈电，相控阵工作时所有单元同时工作
。2.
如权利要求1所述的一种超定向性大间距非周期宽角扫描相控阵，其特征在于，该相控阵的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁霄，韩刘远志，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：