[发明专利]具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元

说明书

本发明涉及一种具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元，包括带状线印制板、T形金属隔离杆、金属压块、L形金属固定块以及同轴连接器。其中，带状线印制板包括顶层覆铜、顶层介质基板、金属化通孔、中间层馈线、底层介质基板以及底层覆铜，作为天线单元的辐射体；T形金属隔离杆由一对平行设置的金属杆组成，位于带状线印制板两侧且与带状线印制板位置平行；金属压块和L形金属固定块用于固定带状线印制板和同轴连接器；同轴连接器的内导体与中间层馈线底部连接，为天线单元提供信号馈入。本发明具有40％相对工作带宽，可满足方位±45°、俯仰±30°两维相扫功能需求，具备宽带宽扫特性，适合于X波段两维有源相控阵天线的阵列单元。

技术领域

本发明属于有源相控阵天线技术领域，具体涉及一种具有宽带宽扫特性的天线单元，适用于X波段宽带宽扫两维有源相控阵天线系统。

背景技术

带状线Vivaldi天线具有较宽的阻抗匹配特性和优良的交叉极化性能，且能够直接与特性阻抗为50Ω的同轴线或连接器互联，而不需要额外匹配网络。因此，带状线Vivaldi天线是宽带宽扫两维有源相控阵所采用的主要单元类型。但是，带状线Vivaldi天线作为两维有源相控阵天线单元时，必须注意以下问题：

H面扫描盲点现象

带状线Vivaldi天线的顶层覆铜、底层覆铜和天线反射地板构成的腔体(即介质基板填充的区域)内存在的某些模式，可能会引起阵列天线进行扫描时的阻抗异常现象和扫描盲点，这种异常现象在阵列天线进行H面扫描时尤为显著。随着E面单元间距的减小，Vivaldi天线单元出现阻抗异常现象的可能性会逐渐升高。

E面扫描盲点现象

为了避免Vivaldi天线单元组成的阵列在进行宽角扫描时出现方向图栅瓣和扫描盲区效应，阵列单元间距应小于最小工作波长的1/2。相关文献研究表明，H面单元间距大于1/2最小工作波长的Vivaldi阵列天线在进行E面扫描时，存在于H面阵列单元之间空气区形成域的平行板模(Parallel-Plate Mode)将引起阻抗异常现象，导致E面扫描盲区出现，这是由Vivaldi阵列天线自身的结构特点决定的。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，为了有效地抑制两维有源相控阵天线可能出现的扫描盲点效应，以带状线Vivaldi天线为基础进行改进设计，本发明提出了一种具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元。

技术方案

一种具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元，其特征在于包括带状线印制板、T形金属隔离杆、金属压块、L形金属固定块和同轴连接器；所述的带状线印制板依次包括顶层覆铜、顶层介质基板、金属化通孔、中间层馈线、底层介质基板和底层覆铜，顶层覆铜和底层覆铜结构相同，在顶层覆铜的中心线上开有圆形槽线、矩形槽线、渐变槽线，圆形槽线、矩形槽线、渐变槽线依次连接，金属化通孔分布于由沿着中间层馈线、圆形槽线、矩形槽线、渐变槽线的边缘均匀分布的通孔组成，贯穿了顶层介质基板和底层介质基板，并且将顶层覆铜和底层覆铜短路处理；所述的T形金属隔离杆由一对平行设置的金属杆组成，位于带状线印制板两侧对称设置且与带状线印制板位置平行，底部分别固定在金属压块和L形金属固定块上表面；所述的金属压块和L形金属固定块用于固定带状线印制板和同轴连接器；所述的同轴连接器的内导体与中间层馈线底部连接。

所述的T形金属隔离杆高度为0.5λ₀。

所述的金属化通孔的直径为0.4mm。

所述的顶层介质基板和底层介质基板的上边缘中间位置进行了切豁处理，介质豁口为两级U形台阶。

有益效果

本发明提出的一种具有宽带宽扫特性的两维有源相控阵天线单元，具有如下技术效果：