CN108598691B - 基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线 - Google Patents

基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线 Download PDF

Info

Publication number
CN108598691B
CN108598691B CN201810280804.XA CN201810280804A CN108598691B CN 108598691 B CN108598691 B CN 108598691B CN 201810280804 A CN201810280804 A CN 201810280804A CN 108598691 B CN108598691 B CN 108598691B
Authority
CN
China
Prior art keywords
medium substrate
metal
antenna
layer
wide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810280804.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108598691A (zh
Inventor
屈世伟
周吻亮
张鹏遥
肖林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201810280804.XA priority Critical patent/CN108598691B/zh
Publication of CN108598691A publication Critical patent/CN108598691A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108598691B publication Critical patent/CN108598691B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/523—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between antennas of an array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array

Abstract

本发明公开了一种基于平板长槽天线的宽带宽角相控阵天线，属于雷达技术、无线通信领域。该天线包括下层金属地板，上下表面各印刷有金属贴片的中层介质基板，以及上层介质基板；中层介质基板和金属地板间设置有两侧面印刷有微带渐变线的竖型介质基板，还设置有两根金属探针。当天线阵列工作时，由同轴馈电至微带渐变线，然后通过中层介质基板上表面的金属贴片对其下表面的金属贴片进行耦合馈电，形成连续的电流，有效地增加了工作带宽。金属探针通过减小相邻天线单元间的互耦作用保障了大角度扫描性能，增加电流回路，以此来增加谐振点，从而增加了天线的带宽。本发明实现了宽带天线大角度扫描，并且结构简单、易于组装、易集成共形。

Description

基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线
技术领域
本发明属于雷达技术、无线通信技术领域，具体涉及一种基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线，适用于微波、毫米波等雷达和通信系统中。
背景技术
相控阵天线是从阵列天线发展起来的，其基本原理基于阵列天线的分析，相控阵天线的波束扫描由计算机控制天线单元的初始相位，从而控制阵列天线的波前位置而达到波束扫描的目的，因而不存在惯性问题，具有扫描速度快和波束赋形快等常规天线所不具备的优点，具有很大的灵活性。相控阵天线广泛应用在通信，雷达，电子对抗等领域中，随着近年来相控阵雷达天线的快速发展，相控阵天线不仅要有宽频带性能，还应满足大空域宽角扫描的特点，宽带宽角扫描相控阵天线设计已是当今相控阵天线重要的发展趋势。
传统的宽带相控阵设计，是首先设计出单个的具有比相控阵带宽更宽带宽的孤立单元，然后再将设计好的宽带天线单元进行组阵，在组阵时，希望尽可能地增大阵元间距，以使阵元间的互耦尽量的小，从而尽量不影响阵元的性能，然而受阵列栅瓣的限制，阵元间距必须小于一定的范围。因此，受阵元间固有互耦效应的制约，相控阵带宽的进一步拓展受到限制，而且，由于要求阵元具有很宽的带宽特性，因此阵元必然都具有较大的横向或纵向尺寸，横向尺寸太大，则影响相控阵列的宽带宽角扫描特性；纵向尺寸太大，则不适合平面结构的实现，不便于共形。
近十多年来，国际天线领域相关学者提出了利用强耦合天线阵元来实现宽带相控阵天线的新思路。该思路的理论基础可以追溯到到Wheeler在1965年提出的连续电流面理论。在专利号US6512487的美国专利中，相邻偶极子单元的辐射臂通过交指电容结构相连，交指结构增加的容性电抗有效的抵消了地面的感性电抗加载。由于天线阵元排布紧凑且相互强烈耦合，偶极子单元上的电流分布几乎恒定不变，有效的拓展了带宽，验证了连续电流面理论。然而在强互耦状态下，天线的强互耦作用使大角度扫描时状态相对于侧射时变化较大，引起自身有源阻抗的大幅度波动，天线很难达到大角度扫描。
综上所述，传统相控阵天线很难同时具有宽带、宽角扫描的能力，而利用耦合的强耦合偶极子天线阵列也存在着大角度扫描困难，本发明正是针对这些关键问题而提出。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述问题，提供一种新型的基于平板长槽天线的相控阵天线，实现工作频带内的二维宽带宽角扫描。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线，其结构包括下层金属地板，上下表面各印刷有金属贴片的中层介质基板，以及具有宽角匹配作用的上层介质基板；所述中层介质基板和金属地板之间设置有两侧面印刷有微带渐变线的竖型介质基板，还设置有连接中层介质基板下表面金属贴片与金属地板的两根金属探针。金属探针既可以减小天线单元之间的互耦，又可以增加电流回路，从而可以增加谐振频率，以此来增加天线的带宽。
所述中层介质基板下表面印刷的金属贴片为两片设置于下表面两侧且平行于竖型介质基板的长条形金属贴片，上表面印刷的金属贴片为垂直于竖型介质基板的长条形金属贴片且其中线与中层介质基板中线重合。
所述金属地板下方设置有同轴接头，同轴接头内导体穿过金属地板通过竖型介质基板两侧面的微带渐变线对中层介质基板上表面的金属贴片馈电。
所述上层介质基板与中层介质基板之间设置有起支撑作用的泡沫层。
当天线阵列工作时，由同轴馈电至印刷在竖型介质基板上的微带渐变线，然后通过与微带渐变线连接的中层介质基板的上表面的金属贴片对中层介质板下表面的金属贴片进行耦合馈电，然后金属贴片上形成连续的电流，根据 Wheeler的连续电流面理论，可以有效地增加天线阵列的工作带宽。所述的上层介质基板，起宽角阻抗匹配的作用，改善天线单元在大角度扫描时的性能。所述金属探针通过减小相邻天线单元间的互耦作用保障了大角度扫描性能，而且还可以增加电流回路，以此来增加谐振点，从而增加天线的带宽。本发明实现了宽带天线大角度扫描，并且无需设计复杂的馈电网络，拥有结构简单，易于组装，易集成共形等优点。
附图说明
图1为实施例1中所述10×10的基于平板长槽天线的平面相控阵的结构示意图；
图2为实施例1中所述的基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线的基本天线单元示意图；
图3为实施例1中所述基本天线单元的E面有源电压驻波比的仿真结果；
图4为实施例1中所述基本天线单元的H面有源电压驻波比的仿真结果；
图5为实施例1中所述基本天线单元的E面增益方向图的仿真结果；
图6为实施例1中所述基本天线单元的H面增益方向图的仿真结果；
图7为实施例1的10×10阵列的E面在各个扫描角下的增益方向图；
图8为实施例1的10×10阵列的H面在各个扫描角下的增益方向图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合实施实施方式和附图，对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例的基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线采用10×10的平面阵列形式，如图1所示，包括下层金属地板105，两侧面印刷有微带渐变线的竖型介质基板104，上下表面各印刷有金属贴片的中层介质基板102，上层具有宽角匹配作用的介质基板101，以及位于金属地板105对角线上方连接金属贴片 111及金属地板105的起到去耦作用的金属探针103。图2所示为图1的基本天线单元示意图。下层金属地板105为2mm厚的铝板，竖型介质基板104的相对介电常数为2.2，厚度0.254mm，两侧面印刷有微带渐变线107与112。107一端为2.2mm，另一端为0.21mm,112一端为3.8mm，另外一端为0.21mm。中层介质基板102的相对介电常数为2.2，厚度为0.5mm，其上下表面各印刷有长条形金属贴片，其中111宽度为2.1mm，106宽度为2.5mm。上层介质基板101的相对介电常数为2.2，厚度为3.25mm。上层介质基板101与中层介质基板102 之间设置有起支撑作用的泡沫层其厚度为1.5mm。同轴接头内芯108穿过下层金属地板105与微带渐变线相连，微带渐变线107与112分别与中层介质基板上表面的金属贴片106相连，以此来对下表面的金属贴片111进行耦合馈电。
如图1所示，10个天线单元沿H面排列，单元间距为10mm，10个天线单元沿着E面排列，单元间距为10mm。
图3和图4分别给出了本实施例中所述基本天线单元在不同扫描角下E面、 H面有源电压驻波比随频率变化的仿真结果。从图3可以看出，在±60度的扫描范围内，有源驻波比小于2.5的阻抗带宽达72％，在±75度的扫描范围内，有源驻波比小于2.5的阻抗带宽达56％。从图4可以看出，在±60度的扫描范围内，有源驻波比小于2.5的阻抗带宽达50％，在±70度的扫描范围内，有源驻波比小于2.5的阻抗带宽达40％。
实施例2
具体的，将每个基本天线单元向二维方向分别延伸，即可构成任意大小的平面阵列。其他结构同实施例1中的详细描述。
以上是向熟悉本发明领域的工程技术人员提供的对本发明及其实施方案的描述，这些描述应被视为是说明性的，而非限定性的。工程技术人员可据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。上述这些都应被视为本发明的涉及范围。

Claims (3)

1.一种基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线，其特征在于：包括下层金属地板，上下表面各印刷有金属贴片的中层介质基板，以及上层介质基板；所述中层介质基板和金属地板之间设置有两侧面印刷有微带渐变线的竖型介质基板，还设置有连接中层介质基板下表面金属贴片与金属地板的两根金属探针；
所述中层介质基板下表面印刷的金属贴片为两片设置于下表面两侧且平行于竖型介质基板在中层介质基板下表面的投影的长条形金属贴片，上表面印刷的金属贴片为垂直于竖型介质基板在中层介质基板上表面的投影的长条形金属贴片，且其中心与中层介质基板上表面中心重合；
所述金属地板下方设置有同轴接头，同轴接头内导体穿过金属地板通过竖型介质基板两侧面的微带渐变线对中层介质基板上表面的金属贴片馈电，以此对中层介质基板下表面的金属贴片进行耦合馈电。
2.如权利要求1所述的一种基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线，其特征在于：所述上层介质基板与中层介质基板之间设置有泡沫层。
3.如权利要求1所述的一种基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线，其特征在于：所述金属地板的材质为铝或铜。
CN201810280804.XA 2018-04-02 2018-04-02 基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线 Active CN108598691B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810280804.XA CN108598691B (zh) 2018-04-02 2018-04-02 基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810280804.XA CN108598691B (zh) 2018-04-02 2018-04-02 基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108598691A CN108598691A (zh) 2018-09-28
CN108598691B true CN108598691B (zh) 2020-01-14

Family

ID=63624134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810280804.XA Active CN108598691B (zh) 2018-04-02 2018-04-02 基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108598691B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109449589B (zh) * 2018-12-17 2023-12-29 西安电子工程研究所 具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元
CN109818149B (zh) * 2019-01-17 2023-11-14 成都北斗天线工程技术有限公司 一种凸型共形的高介电常数水介质贴片天线及其工作方法
CN110323575B (zh) * 2019-05-09 2020-07-28 电子科技大学 电磁超材料加载的双极化强耦合超宽带相控阵天线
CN110504527B (zh) * 2019-07-31 2020-11-17 电子科技大学 一种新型结构的l与x波波段共口径天线
CN111755825B (zh) * 2020-06-23 2021-10-26 电子科技大学 一种基于堆叠贴片式匹配层的宽带宽角扫描相控阵天线
CN112615143B (zh) * 2020-11-24 2022-04-22 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种平面化宽带宽角扫描相控阵天线单元及相控阵天线

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110148415A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-23 Eddy Benjamin Boskamp Apparatus and method for decoupling mr coils
CN203415681U (zh) * 2013-08-30 2014-01-29 西北工业大学 具有分形边界的超宽带印刷相控阵天线单元
CN105552555A (zh) * 2015-12-11 2016-05-04 电子科技大学 一种圆极化二维大角度扫描相控阵
CN107591623A (zh) * 2017-07-17 2018-01-16 电子科技大学 一种基于去耦合金属壁的宽带、宽角扫描相控阵天线

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110148415A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-23 Eddy Benjamin Boskamp Apparatus and method for decoupling mr coils
CN203415681U (zh) * 2013-08-30 2014-01-29 西北工业大学 具有分形边界的超宽带印刷相控阵天线单元
CN105552555A (zh) * 2015-12-11 2016-05-04 电子科技大学 一种圆极化二维大角度扫描相控阵
CN107591623A (zh) * 2017-07-17 2018-01-16 电子科技大学 一种基于去耦合金属壁的宽带、宽角扫描相控阵天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Design of a Phased Array in Triangular Grid With an Efficient Matching Network and Reduced Mutual Coupling for Wide-Angle Scanning;Bijan Abbasi Arand等;《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》;20170404;第65卷(第6期);2983-2991 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108598691A (zh) 2018-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108598691B (zh) 基于平板长槽天线的宽带宽角扫描相控阵天线
CN110323575B (zh) 电磁超材料加载的双极化强耦合超宽带相控阵天线
CN107342458B (zh) 一种角馈式宽带高隔离度双极化天线
US10714835B2 (en) Antenna and an antenna packaging structure
CN109273836B (zh) 基于紧耦合偶极子及各向异性匹配层的宽带宽角扫描天线
CN107591623B (zh) 一种基于去耦合金属壁的宽带、宽角扫描相控阵天线
CN114744409B (zh) 一种阻性材料加载的十倍频程双极化强耦合相控阵天线
CN203596414U (zh) 渐变缝隙天线及其相控阵天线
CN107275766A (zh) 一种基于非均匀周期结构加载的宽带表面波天线
CN113764879A (zh) 一种基于阻性超表面的低剖面超宽带天线
CN111600125A (zh) 一种基于介质谐振器的共形天线阵
CN110492242A (zh) 一种超薄半壁短路圆极化顶端辐射天线
CN114156627B (zh) 一种超宽带低剖面低散射曲面相控阵天线
CN115084872B (zh) 一种超宽带宽扫描角紧耦合相控阵天线
CN113506989B (zh) 一种5g毫米波介质谐振器天线及其阵列
CN113690636B (zh) 基于超表面的毫米波宽角扫描相控阵天线
CN112259959B (zh) 低剖面宽带宽扫相控阵天线单元
CN114583457A (zh) 一种基于耦合馈电的四贴片宽带微带天线单元及天线阵列
CN212542677U (zh) 一种全向阵列天线
Dai et al. A dual-polarized wide-angle scanning antenna with high isolation for Van Atta applications
CN215579073U (zh) 扇形波束微带天线阵和雷达
CN112701471B (zh) 全介质集成超宽带低剖面多形态共形相控阵天线
CN110739536B (zh) 半模Vivaldi天线及小型化大角度频扫天线阵列
Ji et al. A design of microstrip log periodic antenna unit
CN212783787U (zh) 辐射单元、天线、天线阵以及应用该天线阵雷达

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant