CN220368136U - 一种c波段电频扫天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种C波段电频扫天线，涉及无人机探测领域，包括：由下至上依次设置的金属地板、第一介质板、人工表面等离激元馈电线、第二介质板以及金属贴片辐射层；介质板包括第一介质板以及第二介质板；第一介质板、人工表面等离激元馈电线、第二介质板以及金属贴片辐射层组成双层耦合馈电结构；双层耦合馈电结构能够扩展天线的阻抗带宽以及扫描范围；金属贴片辐射层包括一系列尺寸不同的椭圆贴片，能够形成锥形衰减常数分布降低天线的旁瓣水平。本发明能够实现在大角度波束扫描的同时还具有低旁瓣特性。

Description

一种C波段电频扫天线

技术领域

本发明涉及无人机探测领域，特别是涉及一种宽角度扫描的低旁瓣C波段电频扫天线。

背景技术

频扫天线常常被应用在雷达探测领域。如果目标无人机飞行高度过低，雷达探测回波则容易受地杂波影响，导致目标和地面干扰混在一起，不易分辨。因此，雷达系统要求天线具有较大的波束扫描范围和较低的旁瓣水平。采用了人工表面等离激元馈电金属辐射贴片阵列方式可以有效增加天线阻抗带宽和波束扫描角范围。然而，其旁瓣水平通常会随着频扫天线扫描角度的增加而恶化。在C频段(4.5-6.5GHz)完成大角度扫描的同时，使旁瓣水平抑制在较低的范围，是亟需解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种C波段电频扫天线，以实现在大角度波束扫描的同时，将旁瓣水平抑制在较低范围内。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种C波段电频扫天线，包括：由下至上依次设置的金属地板、第一介质板、人工表面等离激元馈电线、第二介质板以及金属贴片辐射层；

所述第一介质板、所述人工表面等离激元馈电线、所述第二介质板以及所述金属贴片辐射层组成双层耦合馈电结构；所述人工表面等离激元馈电线为双边梳结构，沿中心线对称；所述双层耦合馈电结构能够扩展天线的阻抗带宽以及扫描范围；所述金属贴片辐射层包括多个有序排列的椭圆贴片；所述椭圆贴片的尺寸不同；通过调整椭圆贴片的尺寸以形成锥形衰减常数分布，能够降低天线的旁瓣水平。

可选的，所述人工表面等离激元馈电线，具体包括：微带线结构、过渡段以及人工表面等离激元传输线；

所述人工表面等离激元传输线敷于所述第一介质板的上表面；所述人工表面等离激元传输线的两端通过所述过渡段与所述微带线结构相连接；所述人工表面等离激元传输线的一端还与外界激励源相连接；所述人工表面等离激元传输线的另一端还与匹配负载相连接；

所述过渡段的人工表面等离激元单元沟槽深度呈线性梯度趋势逐渐变化。

可选的，所述第二介质板覆盖所述过渡段以及所述人工表面等离激元传输线。

可选的，所述金属贴片辐射层为金属贴片阵列结构；所述金属贴片阵列结构包括多个有序排列的第一金属贴片；所述第一金属贴片为椭圆贴片；

相邻的两个所述第一金属贴片的间距为中心频点对应波长的二分之一；

所述第一金属贴片的尺寸不同，通过调整第一金属贴片的尺寸以形成锥形衰减常数分布，呈现锥形衰减常数分布。

可选的，所述第二介质板和所述金属贴片辐射层通过所述第一介质板以及所述人工表面等离激元馈电线，采用非接触容性耦合，在不增加C波段电频扫天线面积的同时，对C波段电频扫天线的阻抗带宽和扫描角度进行扩展，完成馈电辐射。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种C波段电频扫天线，在人工表面等离激元馈电线的上表面敷有第二介质板，该第二介质板上贴合有金属贴片辐射层，第一介质板、人工表面等离激元馈电线、第二介质板以及金属贴片辐射层组成双层耦合馈电结构；该双层耦合馈电结构能够扩展天线的阻抗带宽以及扫描范围；金属贴片辐射层包括一系列尺寸不同的椭圆贴片，通过调整椭圆贴片的尺寸以形成锥形衰减常数分布，能够降低天线的旁瓣水平；本发明所提供的C波段电频扫天线可以实现4.5-6.5GHz内-45°～35°的波束扫描范围，最大旁瓣水平在-20dB以下，能够实现在大角度波束扫描的同时具有低旁瓣特性，为低、慢、小目标雷达探测系统提供了支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的C波段电频扫天线的总体架构图；

图2为本发明所提供的金属贴片辐射层的俯视图；

图3为本发明所提供的人工表面等离激元馈电线的俯视图；

图4本发明所提供的C波段电频扫天线在4.5、5.5、6.5GHz频点处的归一化方向图；

图5为本发明所提供的C波段电频扫天线的增益曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种C波段电频扫天线，能够实现在宽带范围内进行大范围波束扫描的同时还具有低旁瓣特性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种C波段电频扫天线，该C波段电频扫天线为宽角度扫描的低旁瓣C波段电频扫天线，包括：

第一介质板1、第二介质板2、人工表面等离激元馈电线3、金属贴片辐射层2-1、金属地板4；所述第一介质板1敷于所述金属地板4的上表面，所述人工表面等离激元馈电线3敷于第一介质板1的上表面，所述第二介质板2敷于所述人工表面等离激元馈电线3的上表面，所述金属贴片辐射层2-1敷于所述第二介质板2的上表面。

进一步地，所述人工表面等离激元频扫天线的整体尺寸为540mm×180mm×2mm，整个人工表面等离激元频扫天线都采用的F4B介质基板，该介质基板的相对介电常数为2.65，损耗角正切为0.001；所述第一介质板1高度0.5mm，所述第二介质板2高度1.5mm，第二介质板2比介质板的长度短12mm，目的是留给端口焊接空间。

图2为本发明所提供的金属贴片辐射层的俯视图，所述金属贴片辐射层2-1敷于所述第二介质板2的上表面，金属贴片辐射层由21个椭圆形金属贴片组成，所述椭圆形金属贴片的长径被配置为8.6mm、短径被配置为6mm；所述金属贴片之间的间距约为中心频点对应波长的二分之一，即21.2mm。

作为一种优选的实施方式，所述金属贴片的尺寸各不相同，通过改变所述金属贴片的尺寸可以调整所所述人工表面等离激元馈电线和所述椭圆形金属贴片之间的耦合功率，实现天线表面上的余弦孔径场分布，进而实现衰减常数锥形分布，使最终在C频段(4.5-6.5GHz)内辐射波束的旁瓣水平呈现较低水平。

图3为本发明所提供的人工表面等离激元馈电线的俯视图，结合图1和图2所示，人工表面等离激元馈电线3刻蚀在第一介质板1上，第一介质板1敷在金属地板4上表面。人工表面等离激元馈电线3包括以下结构：两端的微带线结构3-1、微带线结构3-1到人工表面等离激元传输线3-3之间的过渡段3-2以及人工表面等离激元传输线3-3。微带线结构3-1被设为能够满足阻抗50Ω的宽度；人工表面等离激元传输线3-3包括许多个人工表面等离激元单元，人工表面等离激元的沟槽宽度为其周期宽度的一半，其周期宽度为1.8mm，沟槽宽度和深度分别为0.9mm和4mm；在微带线结构3-1到人工表面等离激元传输线3-3之间的过渡段3-2中沟槽深度在梯度上从0至4mm变化，实现有效的模态转换。

所述人工表面等离激元馈电线两端分别与外界激励源的端口相连接，左右两边的端口分别命名为第一端口和第二端口，所述第一端口与外界激励源连接，所述第二端口与50Ω的匹配负载相连接。

图4本发明所提供的C波段电频扫天线在4.5、5.5、6.5GHz频点处的归一化方向图，实现C频段(4.5-6.5GHz)内-45°～35°的波束扫描范围，最大旁瓣水平在-20dB以下。

图5为本发明所提供的C波段电频扫天线的增益曲线图，实现C频段(4.5-6.5GHz)内增益变化范围在8.1-15.9dBi之间。

本发明中各个结构采用PCB工艺加工，根据工作频段不同，还可采用不同加工工艺加以实现，例如电火花线切割技术或者光刻工艺等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种C波段电频扫天线，其特征在于，包括：由下至上依次设置的金属地板、第一介质板、人工表面等离激元馈电线、第二介质板以及金属贴片辐射层；

所述第一介质板、所述人工表面等离激元馈电线、所述第二介质板以及所述金属贴片辐射层组成双层耦合馈电结构；所述人工表面等离激元馈电线为双边梳结构，沿中心线对称；所述双层耦合馈电结构能够扩展天线的阻抗带宽以及扫描范围；所述金属贴片辐射层包括多个有序排列的椭圆贴片；所述椭圆贴片的尺寸不同；通过调整椭圆贴片的尺寸以形成锥形衰减常数分布。

2.根据权利要求1所述的C波段电频扫天线，其特征在于，所述人工表面等离激元馈电线，具体包括：微带线结构、过渡段以及人工表面等离激元传输线；

所述人工表面等离激元传输线敷于所述第一介质板的上表面；所述人工表面等离激元传输线的两端通过所述过渡段与所述微带线结构相连接；所述人工表面等离激元传输线的一端还与外界激励源相连接；所述人工表面等离激元传输线的另一端还与匹配负载相连接；

所述过渡段的人工表面等离激元单元沟槽深度呈线性梯度趋势逐渐变化。

3.根据权利要求2所述的C波段电频扫天线，其特征在于，所述第二介质板覆盖所述过渡段以及所述人工表面等离激元传输线。

4.根据权利要求1所述的C波段电频扫天线，其特征在于，所述金属贴片辐射层为金属贴片阵列结构；所述金属贴片阵列结构包括多个有序排列的第一金属贴片；所述第一金属贴片为椭圆贴片；

相邻的两个所述第一金属贴片的间距为中心频点对应波长的二分之一；

通过调整第一金属贴片的尺寸以形成锥形衰减常数分布。

5.根据权利要求1所述的C波段电频扫天线，其特征在于，所述第二介质板和所述金属贴片辐射层通过所述第一介质板以及所述人工表面等离激元馈电线，采用非接触容性耦合，在不增加C波段电频扫天线面积的同时，对C波段电频扫天线的阻抗带宽和扫描角度进行扩展，完成馈电辐射。