CN216288948U - 一种基于ebg结构的相控阵宽角扫描天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，涉及相控阵天线领域，由多个天线单元结构构阵列天线，所述天线单元结构采用背腔式结构，所述天线单元结构包括天线和背腔，其特征在于，所述背腔由多个EBG结构围合而成，背腔式结构对天线单元结构间的互耦有很好的抑制作用，背腔采用EBG结构，EBG结构具有表面波抑制带隙特性，电磁带隙结构在特定频段范围内呈现高阻抗特性，特定频段内的表面波被禁止传播，在宽角扫描时，电磁带隙结构抑制了天线单元结构表面波的传播，保证了阵列天线在宽角扫描时的高增益。

Description

一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线

技术领域

本实用新型涉及相控阵天线领域，具体涉及一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线。

背景技术

相控阵天线在大角度扫描时，由于电磁波空间耦合增强导致单元之间的互耦增大，恶化天线有源驻波性能，降低天线辐射增益。传统的抑制耦合方法是通过加载金属背腔，改善单元方向图降低单元互耦，进而提升天线扫描性能。然而加载金属背腔不仅会增加天线重量，且互耦抑制能力不强，对于天线扫描性能的提升存在局限性。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供在大角度扫描时也能保证高增益的一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，解决了相控阵在大角度扫描时增益低的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，由多个天线单元结构构阵列天线，上述天线单元结构采用背腔式结构，上述天线单元结构包括天线和背腔，上述背腔由多个EBG结构围合而成。

上述背腔式结构是指由五面围合形成的腔体，上述腔体作为天线单元结构的谐振腔，对天线单元结构间的互耦有很好的抑制作用，同时这里的背腔采用的是EBG结构，EBG结构具有表面波抑制带隙特性，即电磁带隙结构在特定频段范围内呈现高阻抗特性，特定频段内的表面波被禁止传播，这里的电磁带隙结构抑制了天线单元结构表面波的传播，根据图8至图11的仿真结果看出，当天线进行宽角扫描时，驻波减小，具有宽角扫描能力，保证了阵列天线在宽角扫描时的高增益。

上述EBG结构通过改变尺寸参数来使电磁波在某些频段不能传播。

进一步的，上述背腔包括第一金属贴片和第二金属贴片，上述第一金属贴片和第二金属贴片分别设于EBG结构的两端面。

进一步的，上述背腔的EBG结构设有介质基片和金属过孔，上述介质基片围合形成一空腔，上述金属过孔设于空腔内，与第二金属贴片连接。

上述金属过孔、第一金属贴片和第二金属贴片结合等效于LC谐振电路，使EBG结构形成一个谐振回路，用于抑制天线单元结构表面波的传播，且本实用新型具有多个EBG结构，故增强了抑制天线单元结构的表面波的效果，在宽角扫描时，这里的谐振回路抑制了相邻天线单元结构间表面波的传播，保证了阵列天线在宽角扫描时的高增益。

进一步的，上述介质基片采用规格为FR-4的材料制成，与现有的全部采用金属材质作为背腔相比，减少了天线单元结构的重量。

进一步的，上述背腔由多个EBG结构的介质基片相贴围合成一矩型。

进一步的，上述天线采用交叉振子天线，上述交叉振子天线包括四个振臂，上述振臂两两对称，对称的振臂长度相同，相邻的振臂长度相差约1/4波长，用于实现圆极化辐射，且上述交叉振子天线的振臂排布于上述矩型背腔的四个对角。

由天线单元结构组合成阵列天线时，更直观方便，避免因组合错误影响阵列天线的增益。

进一步的，上述背腔还包括接地金属板，上述接地金属板与EBG结构的第二金属贴片相连，上述背腔形成类似围墙的耦合腔，对天线单元结构间的互耦有很好的抑制作用。

进一步的，上述天线与接地金属板连接，便于加工，或者实现低损耗。

进一步的，所述天线单元结构以2x2排列构成子阵，构成所述子阵的四个所述天线单元结构按顺时针方向依次旋转90度，上述天线单元结构旋转引起的相位差在馈电时进行补偿。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

上述背腔式结构作为天线单元结构的谐振腔，对天线单元结构间的互耦有很好的抑制作用，同时这里的背腔采用的是EBG结构，EBG结构具有表面波抑制带隙特性，即电磁带隙结构在特定频段范围内呈现高阻抗特性，特定频段内的表面波被禁止传播，在宽角扫描时，这里的电磁带隙结构抑制了天线单元结构表面波的传播，使宽角扫描时驻波减小，保证了阵列天线在宽角扫描时的高增益。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为8x8阵列天线结构示意图；

图2为天线单元结构示意图；

图3为背腔的结构分解图；

图4为背腔的剖视图；

图5为EBG结构的结构示意图；

图6为图5的剖视图；

图7为天线的结构示意图；

图8为阵列天线法向方向图；

图9为法向驻波图；

图10为阵列天线扫描47°时方向图；

图11为扫描驻波图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-天线，2-背腔，3-EBG结构，41-第一金属贴片，42-第二金属贴片，5-金属过孔，6-介质基片，7-接地金属板，81-第一振臂，82-第二振臂，83-第三振臂，84-第四振臂，9-芯体，10-主体。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1至图7所示，本实施例提供一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，天线单元结构以8x8排列构成阵列天线，上述天线单元结构采用背腔式结构，上述天线单元结构包括天线1和背腔2，上述背腔2由多个EBG结构3围合而成。

上述背腔作为天线单元结构的谐振腔，对天线单元结构间的互耦有很好的抑制作用，同时这里的背腔采用的是EBG结构，EBG结构具有表面波抑制带隙特性，即电磁带隙结构在特定频段范围内呈现高阻抗特性，特定频段内的表面波被禁止传播，这里的电磁带隙结构抑制了天线单元结构表面波的传播，根据图8至图11的仿真结果看出，当天线进行宽角扫描时，驻波减小，具有宽角扫描能力，保证了阵列天线在宽角扫描时的高增益。

具体的实施例，上述EBG结构3为柱状体，设有金属过孔5和金属贴片。

具体的实施例，上述金属贴片包括第一金属贴片41和第二金属贴片42，分别设于EBG结构3的两端面。

具体的实施例，上述EBG结构3还包括介质基片6，上述介质基片6采用规格为FR-4的材料制成，上述介质基片6围合形成一空腔，上述金属过孔5设于空腔内，与全部采用金属作为背腔2的天线相比，减少了天线的重量。

具体的实施例，上述金属过孔5与第一金属贴片41未接触，上述金属过孔5外壁与介质基片6相切，上述金属过孔5、第一金属贴片41和第二金属贴片42组合等效于LC谐振电路，使EBG结构3形成了一个谐振回路，用于抑制天线单元结构表面波的传播，且本实用新型具有多个EBG结构3，增强了抑制天线单元结构的表面波的效果。

在宽角扫描时，这里的谐振回路抑制了相邻天线单元结构间表面波的传播，保证了阵列天线在宽角扫描时的高增益。

具体的实施例，上述围合成背腔2的所有EBG结构3中第一金属贴片41一体成型，围合成背腔2的所有EBG结构3中第二金属贴片42一体成型。

具体的实施例，上述天线1采用交叉振子天线。

具体的实施例，上述天线1包括主体10，上述主体10与接地金属板7连接，远离接地金属板7的一侧设有振臂，上述振臂包括第一振臂81、第二振臂82、第三振臂83和第四振臂84，上述第一振臂81与第三振臂83对称，第二振臂82与第四振臂84对称，上述主体10有一空腔，空腔内有一芯体9，上述芯体9与第一振臂81连接，上述第一振臂81与第四振臂84之间有一空槽，第二振臂82与第三振臂83有一空槽，上述第一振臂81、第二振臂82、第三振臂83和第四振臂84，第一振臂81、第二振臂82、第三振臂83和第四振臂84指向矩型背腔2的对角处。

具体的实施例，相邻的振臂长度相差约1/4波长，用于实现圆极化辐射，且上述交叉振子天线的振臂排布于上述矩型背腔的四个对角。

具体的实施例，上述背腔2由多个EBG结构3的介质基片6相贴围合成一矩型。

具体的实施例，上述天线1与接地金属板7连接，便于加工，或者实现低损耗。

具体的实施例，上述背腔2还包括接地金属板7，上述接地金属板7与EBG结构3的第二金属贴片42相连，上述背腔形成类似围墙的耦合腔。

具体的实施例，所述天线单元结构以2x2排列构成子阵，构成所述子阵的四个所述天线单元结构按顺时针方向依次旋转90度。

上述天线单元结构旋转引起的相位差在馈电时进行补偿。

如图2、图5和图6所示，上述EBG结构的尺寸为p＝0.8,h＝0.4,d＝2.2,D＝0.2,g＝8，其仿真结果如图8至图11所示，仿真结果表明，当阵列天线进行宽角扫描时，驻波减小，具有宽角扫描能力，保证了阵列天线在宽角扫描时的高增益。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，由多个天线单元结构构成阵列天线，所述天线单元结构采用背腔式结构，其特征在于，所述天线单元结构包括天线(1)和背腔(2)，所述背腔(2)由多个EBG结构(3)围合而成。

2.根据权利要求1所述的一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，其特征在于，所述背腔(2)包括第一金属贴片(41)和第二金属贴片(42)，所述第一金属贴片(41)和第二金属贴片(42)分别设于EBG结构(3)的两端面。

3.根据权利要求2所述的一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，其特征在于，所述背腔(2)的EBG结构(3)设有介质基片(6)和金属过孔(5)，所述介质基片(6)围合形成一空腔，所述金属过孔(5)设于空腔内，与第二金属贴片(42)连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，其特征在于，所述介质基片(6)采用规格为FR-4的材料制成。

5.根据权利要求4所述的一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，其特征在于，所述背腔(2)由多个EBG结构(3)的介质基片(6)相贴围合成一矩型。

6.根据权利要求5所述的一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，其特征在于，所述天线(1)采用交叉振子天线，所述交叉振子天线的振臂对称排布于所述矩型背腔(2)的四个对角。

7.根据权利要求2所述的一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，其特征在于，所述背腔(2)还包括接地金属板(7)，所述接地金属板(7)与EBG结构(3)的第二金属贴片(42)相连。

8.根据权利要求7所述的一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，其特征在于，所述天线(1)与接地金属板(7)连接，且均由金属制成。

9.根据权利要求8所述的一种基于EBG结构的相控阵宽角扫描天线，其特征在于，所述天线单元结构以2x2排列构成子阵，构成所述子阵的四个所述天线单元结构按顺时针方向依次旋转90度。

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