[发明专利]基于零点扫描天线的大间距相控阵及栅瓣抑制方法

说明书

本发明提供了一种基于零点扫描天线的大间距相控阵及栅瓣抑制方法，大间距相控阵为二维平面阵，阵内每个天线单元为零点扫描天线且呈周期性排布，单元之间间距为0.8个波长；所述零点扫描天线包括寄生贴片层、辐射贴片层、馈电层、空气层和金属外壳；所述寄生贴片层包括寄生贴片，所述寄生贴片位于零点扫描天线顶部；所述辐射贴片层位于金属外壳内部；所述辐射贴片层包括馈电探针，所述馈电探针贯穿辐射贴片层和馈电层；所述空气层位于寄生层与辐射贴片层之间。本发明采用较少规模的天线单元、收发组件等模块，实现大角度、低副瓣、低增益滚降的二维波束扫描，具有低复杂度、低成本的特点，可广泛应用于雷达、移动通信等领域中。

技术领域

本发明涉及大间距相控阵及栅瓣抑制技术领域，具体地，涉及一种基于零点扫描天线的大间距相控阵及栅瓣抑制方法。

背景技术

相控阵由天线阵列、收发组件、移相器、衰减器等模块组成，具有低剖面、速度快、精度高等特点，已广泛应用于雷达、军事通信、航天探测以及射电天文学等领域。然而，相控阵系统复杂、规模大、成本高，限制了其在不同领域的应用。为了降低传统相控阵的成本，大间距相控已成为一种有效的解决方法。与相同阵面口径的传统相控阵相比，大间距相控阵具有相同的性能，并且其采用更少的天线单元以及收发组件、移相器、衰减器等模块，使得大间距相控阵系统的复杂度和成本大幅减少。然而，随着阵元间距的增大，栅瓣会出现在阵列的波束扫描范围内，并且阵列在波束扫描过程中增益滚降也会变大，从而影响整个相控阵系统的性能。因此，如何有效抑制大间距相控阵的栅瓣并改善增益滚降已成为一个重要的研究方向。

抑制栅瓣的实现方式有很多，按照方向图乘积原理可以分为两类：一是改变阵因子。这种方式通过天线单元或子阵非周期性排布以及优化馈电幅度比和相位差来实现最优的阵因子方向图，从而实现栅瓣的抑制。这种方法通常没有将阵列波束扫描能力与栅瓣抑制同时考虑。并且，在阵列规模很大时，采用这种方法才具有较好的性能，而随着阵列规模的减少，这种方法的改善能力逐渐削弱。第二种是改变单元因子，利用方向图可重构天线方向图波束指向可调这一特性，减小相控阵的副瓣电平。方向图可重构天线通常只具有一维重构的能力且仅有几种波束指向。对于大间距相控阵，当波束扫描至大角度时，方向图可重构天线的栅瓣抑制能力不足，难以在二维空间内实现低副瓣、大角度扫描。

专利文献CN106911010A(申请号：CN201710116791.8)公开了一种基于子阵级的大间距相控阵天线，利用子阵的非周期性排布构造了一个单元间距大于1个波长的相控阵，以较少的天线单元和子阵数达到增益，副瓣，栅瓣抑制等要求，降低了天线系统的成本。但该相控阵仅能实现正负10度的波束扫描。

专利文献CN108023178A(申请号：CN201711248743.0)公开了一种基于方向图可重构天线的大间距相控阵，利用方向图可重构天线构造了一个单元间距为0.7个波长的相控阵，可实现±74°范围内的波束扫描。但该相控阵在波束扫描至大于30°时，副瓣电平就已经大于-10dB。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于零点扫描天线的大间距相控阵及栅瓣抑制方法。

根据本发明提供的基于零点扫描天线的大间距相控阵，大间距相控阵为二维平面阵，阵内每个天线单元为零点扫描天线且呈周期性排布，单元之间间距为0.8个波长；

所述零点扫描天线包括寄生贴片层、辐射贴片层、馈电层、空气层和金属外壳；

所述寄生贴片层包括寄生贴片，所述寄生贴片位于零点扫描天线顶部；

所述辐射贴片层位于金属外壳内部；

所述辐射贴片层包括馈电探针，所述馈电探针贯穿辐射贴片层和馈电层；

所述空气层位于寄生层与辐射贴片层之间。

优选的，所述辐射贴片层还包括辐射贴片、对角线短路探针、地板以及加载变容二极管的阻抗可重构电路；