[发明专利]一种具有宽角宽带扫描能力的双极化微带天线单元

说明书

本发明公开了一种适用于宽角、宽带扫描的双极化微带天线单元，属于天线工程技术领域。该天线由叠层贴片层、双极化馈电层和金属底板构成；其中叠层贴片层包含两层PCB板，并使用金属壁作为支撑；馈电层包含水平极化的微带馈线、地面上的十字形耦合槽、垂直极化的非对称带状线馈电，分别设置于三层PCB板上。通过金属壁和金属底板，增大了天线的机械强度和稳定性；金属壁支撑的空气腔体增大了天线带宽，避免了低介电常数PCB板的使用，减少了PCB板层数，从而减小了拼装过程的对齐误差并降低了成本；馈电层避免了盲孔，减小了加工难度、降低了加工成本。仿真和实验结果表明，该天线单元用于相控阵中，可以实现15％的相对带宽，带宽内扫描±45度不出现栅瓣、高副瓣，有源驻波低于2.5，交叉极化低于‑20dB，隔离度在23dB以上。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，涉及一种可以实现宽角、宽带扫描的双极化微带天线单元。

背景技术

双极化天线可以加倍频谱利用率，广泛应用于通信系统，在雷达探测及成像领域，不同极化也可以得到目标的不同成像信息；微带天线具有低剖面、结构简单、加工成本低等优点，然而普通的微带天线带宽仅2％～5％，限制了其应用。在文献“Wide-Bandmicrostrip antenna with an H-shaped coupling aperture”中，使用叠层贴片增大了微带天线带宽；在文献“Dual polarized wide-band aperture stacked patch antennas”中，使用十字形耦合槽和Y字形馈线激励叠层贴片，实现了宽带双极化微带天线。然而，文献中的天线为单天线，尺寸偏大，且没有考察在阵列环境中的扫描特性，不适合作为相控阵天线单元。

在此基础上，文献“A cross-stacked radiating antenna with enhancedscanning performance for digital beamforming multifunction phased-arrayradars”进一步设计了适用于宽角、宽带扫描的相控阵叠层微带天线单元。然而，该天线单元使用了8层介质，且大量使用盲孔。首先增大了加工和拼装误差；其次大量的盲孔和介质层压结构增大了加工的难度和成本，天线层采取了低介电常数的RT/duroid 5880LZ材料，也增大了成本；再次，天线缺少金属骨架，介质材料的机械强度不够。最后，文中并未给出不同扫描角下天线单元的有源驻波随频率变化曲线。

发明内容

本发明在背景技术的基础上，提出一种机械强度高、加工难度和成本低的双极化微带天线单元，具有宽角、宽带扫描能力。

本发明采用的技术方案为：一种具有宽角宽带扫描能力的双极化微带天线单元，该天线单元包括：从上到下依次层叠的叠层贴片层、双极化馈电层、金属底板；

所述叠层贴片层包括：第一叠层贴片、第一PCB板层、第二叠层贴片、第二PCB板层、金属框；所述第一叠层贴片设置于第一PCB板层的上表面，且面积小于第一PCB板层的上表面；所述第二叠层贴片设置于第二PCB板层的上表面，且面积小于第二PCB板层的上表面；所述第二PCB板层镶嵌在金属框内部，第一PCB板层被金属框支撑，使第一PCB板层与第二PCB板层间形成空气腔体层；

所述双极化馈电层包括：上到下依次层叠的在第三、第四、第五PCB板层，所述第三PCB板层上表面设置水平极化馈线，所述第四PCB板层内设置十字形耦合槽，所述第五PCB板层上表面设置垂直极化馈线；

所述金属底板上设置有垂直极化馈电探针和水平极化馈电探针，所述垂直极化馈电探针从金属底板出发依次穿过第五PCB板层、第四PCB板层到达第三PCB板层下表面，垂直极化馈电探针穿过第五PCB板层时与设置于第五PCB板层上表面的垂直极化馈线输入端连接；所述水平极化馈电探针从金属底板出发依次穿过第五PCB板层、第四PCB板层、第三PCB板层到达第二PCB板层下表面，水平极化馈电探针穿过第三PCB板层时与设置于第三PCB板层上表面的水平极化馈线输入端连接；